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Le mécanisme des saisons au cycle 3

ou Des hypothèses à tester en Astronomie

 

1. Objectifs principaux

mettre en oeuvre un test d’hypothèse

modéliser pour :

-rendre compte de l’existence des jours et des nuits

-rendre compte de la différence de durée entre la journée et la nuit

Observer et noter les observations sous formes de schémas.

2. Remarque portant sur les schémas utilisés :

L’axe de rotation de la terre est représenté par une flèche:

 

Cette flèche représente la direction de l’axe de rotation et le sens de la flèche ( du sud vers le nord) indique également le sens de rotation suivant la règle  » de la main droite  » : on oriente le pouce de la main droite dans le sens de la flèche , on replie les doigts vers la paume , le sens de leur mouvement donne le sens de rotation.

 

Au cours de leurs activités , les élèves doivent compléter des schémas du même type que le schéma suivant.

ils doivent représenter la frontière entre le jour et la nuit et le trajet d’un lieu ( repéré par A ) losque la Terre tourne.

 

3.Un modèle pour les observations en classe:

Voici un exemple de bricolage économique :
on enfile une tige de bois ( pic à brochettes ) dans une boule de polystyrène d’un diamètre d’une dizaine de cm environ ( la tige doit bien sûr passer par le centre ), la tige est tenue à la main .
l’ensemble est éclairé au moyen d’une lampe de poche

 

4. Les hypothèses qui seront testées:

prérequis : étude du calendrier , connaissance de la variation de la durée du jour au cours de l’année, de la différence de durée entre jours et nuits.
4 solutions possibles pour interpréter le phénomène jour-nuit vont être évoquées , elles sont présentées ici successivement , ainsi que la conclusion qui ne verra subsister qu’une solution

Questionnement initial:

  • « Comment interpréter l’existence des jours et des nuits ? « 
  • « Comment expliquer que la durée du jour varie au cours de l’année ? »

4.1 première hypothèse :

Supposons que la Terre tourne sur elle-même et se déplace autour du Soleil comme l’indique la figure suivante :

la Terre effectue les mouvements suivants: elle tourne sur elle même et d’autre part effectue une révolution quasi-circulaire autour du Soleil.De plus , l’axe de rotation de la terre sur elle même décrit un cône. (remarque : la trajectoire de la Terre est effectivement trés proche d’un cercle) On ne montre ici, par souci de simplification , que deux positions de la Terre. l’orbite de la Terre est représentée en perspective Les élèves doivent d’abord manipuler leurs maquettes pour s’approprier cette description

test :si l’hypothèse est correcte , on doit observer des jours et des nuits et ils doivent être de durées différentes

étude de la position 1 :

Alors quand on fait tourner la maquette , on doit observer qu’un lieu donné passe successivement à la lumière puis à l’obscurité et que la durée du jour n’est pas égale à la durée de la nuit.

 

Activités :

Sur le schéma à compléter suivant:

  • Tracer la frontière entre le jour et la nuit
  • Tracer le trajet suivi par le lieu A
  • Observer si A est successivement éclairé puis dans l’obscurité observer la longueur du trajet de A à l’obscurité puis à la lumière

Conclusion : dans la position 1 , il y a des jours et des nuits et ils n’ont pas la même durée. étude de la position 2: On s’aperçoit qu’en fait , elle est identique à la position précédente ! Donc la durée du jour ( et donc de la nuit ) n’a pas changé. Conclusion : il y a bien des jours et des nuits , de durées inégales , mais la durée du jour ne varie pas au cours de l’année. Cette hypothèse doit donc être écartée.

4.2 deuxième hypothèse

Supposons que la Terre tourne sur elle-même et se déplace autour du Soleil comme l’indique la figure suivante :

 

test : si l’hypothèse est correcte , on doit observer des jours et des nuits et ils doivent être de durées différentes

 

Activités :

  • Sur le schéma à compléter suivant:
  • Tracer la frontière entre le jour et la nuit
  • Tracer le trajet suivi par le lieu A
  • Observer si A est successivement éclairé puis dans l’obscurité observer la longueur du trajet de A à l’obscurité puis à la lumière

 

conclusion : il y a des jours et des nuits , mais ils ont la même durée. De plus, on voit facilement que la durée du jour ne varie pas au cours de l’année.
On doit donc rejeter cette hypothèse

 

4.3 troisième hypothèse :

Supposons que la Terre tourne sur elle-même et se déplace autour du Soleil comme l’indique la figure suivante :

 

l’axe de rotation de la Terre sur elle pointe vers le Soleil au cours du déplacement autour du Soleil

test : si l’hypothèse est correcte , on doit observer des jours et des nuits et ils doivent être de durées différentes

 

Activités :

  • Sur le schéma à compléter suivant:
  • Tracer la frontière entre le jour et la nuit
  • Tracer le trajet suivi par le lieu A
  • Observer si A est successivement éclairé puis dans l’obscurité observer la longueur du trajet de A à l’obscurité puis à la lumière

conclusion : si cette hypothèse est correcte , il n’y a pas de jours et de nuits. ( Le lieu observé est constamment dans l’obscurité). On doit donc rejeter cette hypothèse

 

4.4 quatrième hypothèse :

Supposons que la Terre tourne sur elle-même et se déplace autour du Soleil comme l’indique la figure suivante :

 

L’axe de rotation de la Terre garde , au cours du déplacement autour du Soleil ,une direction constante , inclinée par rapport à la perpendiculaire au plan de l’orbite.

test : si l’hypothèse est correcte , on doit observer des jours et des nuits et ils doivent être de durées différentes

position 1:

Activités :

  • Sur le schéma à compléter suivant:
  • Tracer la frontière entre le jour et la nuit
  • Tracer le trajet suivi par le lieu A
  • Observer si A est successivement éclairé puis dans l’obscurité observer la longueur du trajet de A à l’obscurité puis à la lumière

position 2 : ( les activités sont les même que précédemment)

le schéma complété est le suivant:

 

Conclusion : dans la position 1 et dans la position 2 , il y a des jours et des nuits , la durée du jour est différente de la nuit. Et entre la position 1 et la position 2 , la durée du jour a varié. C’est donc , pour l’instant la meilleure hypothèse. On la conserve.

 

5. Résumé:

question de départ :

  • « comment interpréter l’existence des jours et des nuits ? « 
  • « comment expliquer que la durée du jour varie au cours de l’année ? »

hypothèses initiales :

tests : chaque hypothèse rend-elle compte de ce qui est observé ? ( existence des jours et des nuits , varaiation de la durée du jour)

conclusion : l’hypothèse que l’on conserve est la suivante :

 

6. Des animations du mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil

Mouvement de révolution annuel de la Terre
Vue en perspective

Télécharger l’ Animation flash du mouvement de révolution de la Terre (259 téléchargements)

Mouvement de révolution annuel de la Terre vue « du dessus du pôle Nord du Soleil »

Télécharger l’ Animation flash du mouvement de révolution de la Terre depuis le pà´le (272 téléchargements)

 

Sources: IUFM Paris

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