Décrire et caractériser

3.1. La rotation de la Terre : les fuseaux horaires

1. Informations :

Le Temps Universel Coordonné (UTC) permet de mesurer le temps de façon uniforme sur Terre. Il est mesuré à partir du méridien de Greenwich, en Angleterre. Ainsi, lorsqu'il est midi à Greenwich, on dit qu'il est midi UTC (12h UTC). Ça signifie qu'au même moment, il est midi UTC à Montréal ou midi UTC à Tokyo. Bien sur, cela ne correspond pas du tout à l'heure locale. Pour corriger de problème, on a imaginé les fuseaux horaires.

Les fuseaux horaires sont des tranches de la Terre allant du pôle nord au pôle sud et à l'intérieur duquel l'heure est la même pour tous. Une journée dure 24 heures. La Terre est donc découpée en 24 tranches de 15° chacune.

En général, la limite entre deux fuseaux voisins s'ajuste à la frontière entre les pays. Certains grands pays couvrent plusieurs fuseaux horaires. Ainsi, il n'est pas la même heure à Vancouver et à Montréal, mais il y a 3 heures de décalage. De même, il peut arriver que des pays n'utilisent pas l'heure du fuseau où ils sont situés. Par exemple, la France devrait utiliser l'heure de l'Angleterre, mais utilise en réalité l'heure de l'Allemagne.

On retire des heures quand on va vers l’Ouest < MG > on ajoute des heures quand on va vers l’Est

2. Exercices :

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3.2. La rotation de la Terre : le jour

Si on regarde les ombres se déplacer dans une pièce pendant une journée alors que nous savons que le Soleil est immobile dans le ciel,

cela signifie que nous observons la rotation de la Terre sur elle-même d’Ouest en Est. Cette rotation est responsable de l'alternance des jours et des nuits et représente une rotation

de la Terre de 360°. Cette rotation dure 23 h 56 minutes et 4 secondes. Mais alors, pourquoi

une journée dure 24 heures ?

Quand il est midi à Bruxelles, une certaine journée (A). Lorsque la Terre aura fait 360° à partir de ce moment, la Terre aura bougé autour du Soleil et sera rendue à la position

(B). Il ne sera pas encore midi, car midi est mesuré lorsque le Soleil est exactement au point le plus haut dans le ciel.

Il faut donc environ 4 minutes additionnelles (3 min 56 s) pour que la ville revienne vis-à-vis du Soleil, et qu'il soit midi (C). La durée de A à B représente une rotation de la Terre 360°, soit 23h 56min 4s. La durée de A à C représente une journée, soit un peu plus qu'une rotation de la Terre, soit 24 heures.

Le soleil étant le référent, notons, qu’il ne se lève pas partout au même moment à la surface du globe. Lorsque le Soleil passe devant le méridien d’un lieu, il est 12h ou heure solaire ou « heure vraie ». Mesurée à partir d’un cadran solaire, cette heure vraie varie de méridien en méridien (ou de lieu en lieu).

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3.3. La rotation de la Terre : le pendule de Foucault

1. Informations

Nous allons revenir sur l’expérience de Foucault. Léon Foucault (1819-1868) est ce physicien français qui a mis en évidence la rotation de la Terre en utilisant un pendule.

En mars 1851, Léon Foucault attache un énorme pendule à la voûte du panthéon, à Paris : une sphère en laiton de 28 kg suspendue à un fil d’acier d’une longueur de 67 m ! Une fois lancé, le pendule a un comportement remarquable : son plan d'oscillation pivote au fil des heures. Si on le lance dans la direction nord-sud alors au bout de quelques heures il oscillera dans la direction est-ouest. Le pivotement du pendule est dû à la rotation de la Terre autour de son propre axe. Le pendule montre donc que la Terre tourne sur elle-même.Tu peux se représenter le pendule oscillant toujours dans la même direction (par rapport à des étoiles fixes), et la Terre tournant en-dessous du pendule. Pour l’observateur terrestre, c’est le pendule qui tourne, effectuant un tour complet en une journée. Cette explication simple est vraie pour un pendule situé au pôle Nord, mais pas pour le pendule au Luxembourg, comme nous allons le voir par la suite…

A l’époque l’expérience souleva un très grand intérêt. Le balancement majestueux du pendule et la simplicité apparente de la démonstration attiraient un public nombreux. En plus, l’expérience constituait une « preuve interne » de la rotation terrestre, par opposition aux « preuves externes » tel que le mouvement apparent du Soleil et des étoiles dans le ciel.

Avec l’illustration ci-dessus, nous trouvons au Luxembourg situé à 50° N. Le pendule effectue en tour en 31 heures, donc en un temps beaucoup plus long que 24 heures.

2. Exercice

Par deux, vous réalisiez l’expérience du pendule de Foucault. Si vous êtes les premiers à réaliser ce travail, je vous invite à le faire dans une des cages d’escalier de la bibliothèque, de musique ou de gymnastique et de suivre les instructions du point A. Tandis que si toutes ces cages d’escalier sont déjà prises, je vous invite de suivre le point B. Je souhaite que le pendule soit opérationnel puis démonté à la fin du cours.

Réalisation A

Matériel : Bouteille en plastique, du sable ou de l’eau, de la ficelle, du papier A3, un crayon

Démarche :

1. Remplir la bouteille au ¾ de sable ou d’eau,2. Fixer la ficelle en hauteur (plus de 5 m),3. Suspendre à la ficelle la bouteille de manière qu’elle soit tout près du sol,4. Placer la feuille de papier sous le pendule,5. Faire osciller le pendule en repérant sa direction par un tracé sur la feuille,6. Au bout de 20 min revenir constater le mouvement du pendule et sa direction.

Réalisation B

Matériel : Papier, fil, bouchon, 3 pics à brochettes, ballon de baudruche, eau, crayon, vis avec crochet

Démarche :

1. Remplir le ballon d’eau (taille d’une mandarine),2. Fixer la vis à une extrémité du bouchon,3. Enfoncer les pics au bouchon pour construire un trépied dont la vis se trouve entre les pieds,4. Attacher le ballon au crochet de manière qu’il soit tout près du sol,5. Faire osciller le pendule et repérer la direction avec le crayon sur le papier,6. Tourner la structure et constater l’orientation du pendule,

Travail de fin de ceinture

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Tâche d’intégration

Avant de commencer votre travail de fin de ceinture, je vous demande de choisir un collègue et de comparer vos fiches. Avez-vous les mêmes réponses ? Avez-vous des questions ou incompréhensions sur cette matière ? Si c’est le cas, je vous demande de lever ces soucis avant de passer à la tâche d’intégration.

Consigne :

Pour ce travail de fin de ceinture, vous allez devoir réaliser un petit film de 2 min maximum ! Dans cette vidéo, vous devez faire voyager un personnage Légo ou Playmobile sur le globe réalisé lors de votre ceinture blanche. A partir de ce personnage, vous allez revenir sur la rotation de la Terre sur elle-même, l’alternance jour/nuit, les fuseaux horaires et la ligne de changement de date.

Critères de réussite :

- La vidéo dure maximum 2 min, - Les repères et les règles sont clairement identifiés,- Des notes ou les annotations dans la vidéo sont structurants,- Les différentes notions sont évoquées dans la vidéo,