La Terre en mouvement

1- Les ombres ou observation du mouvement du Soleil
Auteurs : Claire Garsault(plus d'infos)
Résumé :
Etude des variations de la taille et de la forme des ombres en fonction de la position du soleil.
Publication : 1 Janvier 1997
Matériel :

Matériel à disposition dans la cour de l’école : - un étalon à ombre (voir annexe étalon à ombre) - une grande feuille de papier d’environ 1m2 - un crayon - une règle - une montre - un thermomètre - une toise à soleil qui permet de relever la hauteur du Soleil (voir mode de fabrication ci-dessous) - une boussole Matériel à disposition dans la classe : - du ruban adhésif blanc - un marqueur - un mètre - un tableau avec les heures de lever et de coucher du Soleil sur une feuille grand format

Compétences visées

  • être capable de faire des relevés précis
  • être capable d'interpréter des données
  • être capable de comprendre et de repérer les mouvements relatifs de la Terre par rapport au Soleil.

Scénario pédagogique

1°séance  : Jeu de Chat ombre

Découverte de l'ombre et de sa position par rapport à notre corps et par rapport au soleil grâce au jeu de chat aménagé : chat ombre
" Quand mon ombre est devant moi, c'est que le soleil est dans mon dos".

- Chat ombre avec les règles de chat.

- Chat ombre avec de nouvelles règles: on doit se toucher sans que le chat passe par votre ombre. Se débrouiller pour que votre ombre soit entre le chat et vous, c'est votre " maison ".

- Chat ombre sans courir, seulement en se déplaçant par rapport au soleil, et l'ombre du chat doit toucher la vôtre.

découverte de l'ombre et de sa position par rapport à un objet et par rapport au soleil grâce à un dessin d’observation

- Dessiner un objet en volume ainsi que son ombre ;

Les enfants sont dans la cour avec leur objet, leur crayon, leur papier.

- Exposition des travaux

- Constatations sur les dessins :

  • que les ombres ne sont pas toutes du même côté de l’objet.
  • qu'il y en a des grandes des petites
  • que certains objets (les bouteilles d'eau) ont des ombres présentant des zones plus claires.

- Mêmes activités mais à un autre moment de la journée

2° séance Observation des ombres au cours de la journée

L'étalon à ombre

Matériel :
un socle
un montant (tasseau d’un mètre de long)
un tasseau rond

Sur un trépied ou un socle, fixer verticalement un tasseau d’environ 1 mètre.
Au bout de ce tasseau, fixer un tasseau plus petit, perpendiculairement, en prenant soin d’y faire une encoche.
A partir de cette encoche, installer un fil à plomb.
Pour faire le relevé des ombres portées par le plomb, orienter votre étalon vers le Nord.

 


Déroulement de l’activité

 

Dans la cour:

- Chaque jour ensoleillé, les enfants vont faire un relevé systématique sur la grande feuille de papier de la longueur de l'ombre portée du plomb (voir ci-dessus l'étalon à ombre), l’étalon étant posé sur un repère au sol.

- Toutes les heures, ils vont tracer, sur le papier, le dessin de l'ombre portée du plomb, en prenant soin d’y noter sa longueur et l'heure.

- Parallèlement à ce relevé, noter la hauteur du soleil en se servant de la toise à soleil (cf fiche toise à soleil http://www.cemea.asso.fr/spip.php?article3930  )

- Le soir, ils reportent sur un tableau les mesures.

Les problèmes identifiés par les élèves :

Nécessité de faire un relevé à heures fixes pour permettre les comparaisons ultérieures. Les élèves réagissent si l’heure n’est pas respectée à 5 minutes près
Nécessité d'orienter la feuille toujours de la même façon..
Nécessité de connaître les points cardinaux afin d’orienter l’étalon à ombre vers le nord.

Dans notre classe exposée Sud

Ils doivent marquer le déplacement de l'ensoleillement au sol devant la fenêtre. Chaque jour ensoleillé, à une heure donnée, ils installent un ruban adhésif à l'emplacement de la limite de l'ensoleillement à travers une fenêtre.

Ils notent chaque jour l'heure de lever et de coucher du Soleil et calcule la durée de l'ensoleillement.

Constats faits par les élèves :

Sur la feuille des relevés de l'ombre

La longueur de l'ombre est plus grande le matin et le soir.
La longueur de l'ombre est la plus courte à 14 H en été (à 13H en hiver).
Les longueurs à un même heure varient suivants les jours.
Les ombres se déplacent.
L'ombre se déplace d'Ouest en Est.

Sur la feuille de relevé de la hauteur du Soleil

Le soleil n'est pas tout le temps à la même hauteur au cours de la journée
Cette hauteur varie aussi au cours de l’année, le soleil est de moins en moins haut à une même heure jusqu’au 22 décembre puis remonte dans le ciel jusqu’au 22 juin.

Sur le relevé de la limite d’ensoleillement dans la classe à travers la fenêtre

La partie ensoleillée de la classe s'agrandit jusqu’au 22 décembre puis diminue jusqu’au 21 juin environ.

Dans le relevé de la durée d'ensoleillement (période allant du 5/09/97 au 4/10/97)

La durée des jours diminuent.
Il y a eu un jour où la durée des jours était égale à celle de la nuit.
La durée des jours est passée en dessous de la barre des 12 heures.

remarque : les observations seront différentes à une autre période

Questions posées aux élèves :

  • Pourquoi l'ombre change-t-elle de direction?
  • Pourquoi est-elle plus grande le matin et le soir et plus courte à 14 heures (à 13H en hiver)?
  • Pourquoi les longueurs d'ombre ne sont-elles pas toujours les mêmes suivant les heures, en fonction des jours?
  • Pourquoi l'ensoleillement dans la classe s'agrandit-il ?
  • Que s'est - il passé vers le 24 septembre, puisqu'il y a eu autant d'heures de jour que de nuit?
  • Pourquoi la durée du jour diminue-t-elle?
  • Pourquoi le Soleil n'est - il pas toujours à la même hauteur suivant les heures et suivant les jours ?.

Propositions des élèves

1- C'est l'axe de la Terre qui est penché qui explique que l'ombre soit plus grande (de longueur différente au cours de l’année).
2- C'est le déplacement du Soleil dans le ciel qui fait bouger l'ombre (au cours de la journée)
3- C'est la position du Soleil par rapport à l’étalon qui définit l'ombre tracée
4- L'ombre est plus courte vers 14 heures parce que c'est le moment où le soleil est le plus haut dans le ciel.
5- C'est la Terre qui s'éloigne du Soleil (au cours de l’année)
6- Pas de suggestions pour le phénomène d’égalité de la durée du jour et de la nuit du 24 septembre

Les enfants sont chargés de tester leur proposition par une expérience

Expériences proposées pour tester les propositions :

- Une boule avec un " bonhomme " (cure-dent et pâte à modeler) pour faire la Terre et des ombres sur la Terre ; et une lampe torche pour faire le soleil: ; l’expérience n’est pas concluante, car la torche n’est pas assez grande ni assez puissante pour tester l’éloignement du soleil et les ombres plus grandes ou le soleil plus bas. Par contre elle explique bien le déplacement des ombres si on fait tourner la Terre sur elle-même

- test de la proposition1 : Des rails organisés en ellipse entourent un "Soleil " monté sur pivot.. une "Terre " transpercée par un axe est montée sur un chariot qui circule sur les rails. D’abord ,l’axe étant droit, la Terre reçoit toujours de la même façon l’éclairement, puis axe penché, les enfants constatent que certaines parties de la " Terre " (les pôles) ne sont éclairées que sur une partie du trajet

- test des propositions 3 et 4 :Une torche et un crayon pour expliquer les ombres plus ou moins longues : La démonstration est concluante puisque lorsque le " Soleil " est bas, les ombres sont plus longues et lorsqu’il est à la verticale du crayon, les ombres sont plus courtes.

Les enfants pensent qu’il faut trouver une autre expérience démontrant que ce n’est pas le Soleil qui se déplace mais la Terre. Ils reprennent l’expérience des rails en y plaçant un bonhomme sous la forme d’un cure-dent avec pâte à modeler. Un observateur suit le déplacement de la Terre pendant qu’un autre observe l’ombre portée par le bonhomme. Ils constatent que la Terre qui se déplace sur ses rails donne le même effet que le " Soleil " qui se déplace autour du crayon.

- test des propositions 2 et 4 : Un cache percé simulant la fenêtre, une torche : Les enfants démontrent ainsi que, s’il y a plus de Soleil dans la classe, c’est que le Soleil est de plus en plus bas.

Après vérification et d’autres manipulations (voir séances Le jour et la nuit et La révolution) des conclusions sont formulées.

Conclusions

La Terre tourne sur elle-même (déplacement de l'ombre).
La Terre tourne autour du Soleil.
La Terre se déplace autour du Soleil en pointant son axe des pôles sur la Polaire ( Nord). Conclusion due à une autre observation
Elle ne se place pas toujours de la même façon par rapport au Soleil.
Un observateur sur Terre ne voit pas toujours à la même heure le Soleil à la même hauteur.
Le Soleil n'est pas toujours à la même hauteur à la même heure. En automne, il semble se baisser, c'est ce qui explique qu'il ensoleille la classe de plus en plus.

Décisions de la classe :

Continuer les relevés mais plus espacés : à 10 heures, 12 heures,14 heures, 16 heures et déterminer le midi vrai.
Vérifier qu’au même moment à quelques endroits de la cour que les ombres portées par le plomb de plusieurs étalons à ombre ont les mêmes dimensions et que le soleil est à la même hauteur
Utilisation des cahiers de laboratoire.
Dessiner notre cour sur une grande feuille et dessiner la place du soleil

Addons