SNC1D/1P Étude de l Univers / Exploration spatiale Activité par les élèves : Quelle heure est- il? Sujets heures fabrication et utilisation d un cadran solaire ombres Durée préparation : 5 min activité : 20 min Attentes particulières SNC1D A1.5 Effectuer une expérience en laboratoire ou sur le terrain, exécuter une recherche ou appliquer une stratégie de résolution de problèmes pour répondre à une question de nature scientifique. D1.6 Reconnaître des traditions et des légendes liées à l'observation de certains phénomènes astronomiques chez divers peuples autochtones (p. ex., Les Saanich nomment la pleine lune de mai Penawen, soit la lune de la récolte du camash, car en cette période de l'année, le camash bleu est récolté pour ses bulbes; les légendes anishinabe et haïda de la capture du Soleil mettent en évidence le symbole de la force vitale de cet astre; l'association du cycle lunaire et du cycle féminin par les Wendats et les Hodenosaunee représente la régénération de la vie; l'étude des constellations est à la base des connaissances mathématiques des Mayas). SNC1P A1.5 Effectuer une expérience en laboratoire ou sur le terrain, exécuter une recherche ou appliquer une stratégie de résolution de problèmes pour répondre à une question de nature scientifique. D1.6 Reconnaître des traditions et des légendes liées à l'observation de phénomènes astronomiques chez divers peuples autochtones (p. ex., les légendes anishinabe et haïda de la capture du Soleil mettent en évidence le symbole de la force vitale de cet astre; l'association du cycle lunaire et du cycle féminin par les Wendats et les Hodenosaunee représente la régénération de la vie; l'étude des constellations est à la base des connaissances mathématiques des Mayas). Introduction Le ciel a intrigué les civilisations durant des milliers d années. Beaucoup de civilisations ont célébré des cérémonies religieuses et régulé leurs activités agricoles en fonction de phénomènes célestes comme les éclipses et la pleine lune. On peut soutenir que le bienfait le plus important d observer le ciel a été la capacité de calculer et de connaître les heures de la journée. Les plus anciennes civilisations savaient compter les jours (en observant le Soleil se coucher et se lever chaque jour) et les mois (intervalle entre deux nouvelles lunes). L année représente une durée importante car elle divise le temps en cycles saisonniers. Les saisons ont marqué le temps des récoltes et des migrations des animaux. Les
anciens Égyptiens savaient, par exemple, que l apparence de Sirius au-dessus de l horizon était le signe de l imminence de la crue printanière annuelle du Nil. Ils avaient aussi déterminé qu il s écoulait 365 jours entre chaque apparition de cette étoile. Dans beaucoup de cultures, on a donc divisé l année en fonction de l apparence du Soleil, de la Lune et des étoiles. Le jour a aussi été divisé en petites unités selon la course du Soleil dans le ciel. La première utilisation rapportée de cadrans solaires remonte à la Grèce antique. Les civilisations subséquentes ont utilisé cet instrument pour créer la semaine de travail. La fabrication d un cadran solaire, son orientation et l espacement des marques des heures sont des opérations délicates : le fonctionnement du cadran est dicté par la latitude et la longitude du lieu où il est utilisé. Dans cette activité, les élèves fabriquent, à partir des instructions fournies, un cadran solaire rudimentaire en papier et apprennent à l utiliser. Ils en évaluent ensuite la précision et proposent des mesures pour l améliorer, s il y a lieu. Matériel copie du patron (ci-dessous) ciseaux colle morceau de carton ou de cartomousse (environ 25 cm de côté) compas Consignes de sécurité Aucune Marche à suivre Les instructions suivantes s adressent aux élèves. 1. Observer Coupez le patron («I Only Tell Sunny Hours») en deux, le long de la ligne A. La moitié supérieure est la base et l autre, le gnomon la partie verticale. 2. Coupez les coins du gnomon le long des lignes B. 3. Pliez le gnomon en deux suivant la ligne pointillée (C). Coupez la ligne courbe dans les deux épaisseurs du papier et jetez la découpe. 4. Pliez le gnomon suivant les deux autres lignes de part et d autre de la ligne centrale afin d obtenir un angle de 90. Le gnomon devrait reposer sur la table, ses deux rabats à plat. 5. Coupez la partie cadran (moitié supérieure) suivant la ligne du midi (12), en partant du côté opposé à l apex (lieu de convergence des traits indiquant les heures) jusqu au trait transversal. (Ne dépassez pas cette marque!) 6. Insérez le gnomon dans cette entaille jusqu à ce que les rabats entrent en contact avec la base. Collez les rabats du gnomon sur la partie inférieure de la base. 7. Collez le cadran solaire sur un morceau de carton ou de cartomopusse. 8. Apportez le cadran à l extérieur de préférence une journée ensoleillée. Trouvez le nord à l aide de la boussole puis alignez le gnomon sur cette position. Le cadran est maintenant prêt. L ombre de la pointe du gnomon indique l heure. 9. Comparez l heure du cadran avec l heure réelle. Votre cadran est-il précis? 10. Expliquer
Expliquez les écarts entre l heure du cadran solaire et l heure réelle, s il en est? Voici quelques suggestions : a. Le gnomon a été fabriqué en vue d être utilisé à une latitude de 38 N. De quelle façon cela agit-t-il sur sa précision? Qu est-ce qu il faudra modifier si on l utilise à une latitude différente? b. Vous avez pointé le cadran solaire sur le nord magnétique. De quelle façon cela agit-t-il sur sa précision? Comment en améliorerez-vous la précision? (Voir la fig. 1). Image reproduite avec l autorisation de la NASA Fig.1 Cadran solaire avec le gnomon pointant le nord [Étoile polaire // ombre] Nettoyage Les élèves peuvent conserver les cadrans solaires ou les déposer dans le bac de récupération (s ils sont en carton) ou les jeter à la poubelle (s ils sont en cartomousse). Qu est- ce qui se produit? L ombre du gnomon se déplace à mesure que la position du Soleil change. Comment ça fonctionne? L ombre du gnomon se déplace de gauche à droite (sens horaire) autour de la base du cadran alors que le Soleil se lève à l est, franchit le point le plus élevé de sa course puis se couche à l ouest. S il est correctement installé, le gnomon indique midi lorsque l ombre pointe plein nord. (Dans l hémisphère sud, l ombre pointera le sud). Les marques du cadran indiquent la position de l ombre du gnomon à chaque heure. Suggestions / conseils pour l enseignante ou l enseignant 1. Assurez-vous que les élèves ne dépassent pas le trait transversal sur la ligne du midi (12) à l étape 7. Prochaines étapes Les élèves peuvent modifier le modèle du cadran solaire en fonction d une autre latitude et fabriquer un deuxième cadran. Ils peuvent ensuite en vérifier la précision. Consultez le lien vers la NASA dans les ressources supplémentaires.
Ressources supplémentaires 1. NASA The Sundial: http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/sundial.htm (en anglais seulement) 2. Construction d un cadran solaire à grande échelle : http://www.solarcalendar.org/01_solarcalendargallery2.html (en anglais seulement) 3. Histoire du perfectionnement du calendrier chez différentes civilisations : http://www.historyworld.net/wrldhis/plaintexthistories.asp?historyid=ac06 (en anglais seulement)
Patron