Le jour la nuit, les saisons (Tahiti 2006)

TAHITI
2006
Les questions prennent appui sur 5 documents : A, B, C, D, E.
Question 1 :
Quelles connaissances apporte chacun des documents A, D, E pour l’étude du mouvement
apparent du Soleil ?
Question 2 :
Les documents B et C apportent des informations contradictoires. Lesquelles ? Quel document
apporte l’information correcte ? Justifiez votre réponse.
Question 3 :
Comparez les dispositifs mis en place lors des expériences décrites dans les documents D et E.
Quels sont les intérêts et limites des deux dispositifs ? Proposez pour chacun d’eux des
améliorations afin de mieux modéliser les phénomènes mis en jeu.
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Document A (Les savoirs de l’école. Cycle 3. Sciences et Technologie. Hachette Education)
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Document A (Les savoirs de l’école. Cycle 3. Sciences et Technologie. Hachette Education)
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Document B (Extrait de « Sachez lire les étoiles » H.A. Rey, Ed Maritimes)
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Document C (extrait de l’astronomie au cycle des approfondissements. Armand Colin.
Ed 1994.)
La direction du Soleil dans le ciel
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L’ombre portée d’un bâton sur un plan horizontal indique que le Soleil est situé en direction
opposée.
Cette ombre se déplace d’ouest en est, donc le Soleil semble se déplacer d’est en ouest.
L’ombre la plus courte correspond à la direction nord-sud.
L’étude de l’évolution de l’ombre du bâton au cours d’une journée dépend de la saison à
laquelle appartient cette journée :
l’été, le Soleil est beaucoup plus haut dans le ciel, toutes les ombres sont plus courtes qu’en
hiver ;
l’hiver, c’est le contraire.
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Document D (extrait Les Ateliers hachette. Sciences expérimentales et Technologie.
Cycle 3. Hachette Education.)
Document E (extrait de « copain du ciel », Ed Milan)
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CORRIGÉ
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Question 1 A : l’alternance des jours et des nuits expose le problème du décalage horaire ; le mouvement
apparent du Soleil insiste sur le fait que c’est un mouvement apparent, mais il y a une erreur d’énoncé. En
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réalité il ne faut pas dire la Terre tourne autour du Soleil mais la Terre tourne sur elle-même en une journée.
La photo fait référence au soleil de minuit au-delà du cercle polaire arctique l’été dans l’hémisphère Nord. La
photo est prise des îles Lofoten. Observation à partir de l’ombre d’un bâton fait le lien entre le mouvement
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apparent du Soleil et les points cardinaux. Il n’y a pas de flèche, mais on voit que le Soleil se déplace vers la
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droite dans le ciel (vu depuis l’hémisphère nord). Le mouvement apparent des étoiles confirme que c’est bien
la Terre qui tourne, puisque tous les objets célestes tournent dans le ciel autour de l’étoile polaire qui est
l’étoile dans le prolongement de l’axe des pôles. Pour l’heure n’est pas partout la même, on revient sur le
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problème du décalage horaire déjà abordé au début. Un petit encadré revient sur la découverte historique par
Galilée du fait qu’en réalité c’est la Terre qui tourne. La conclusion revient sur le fait qu’en fait c’est la Terre
qui tourne mais il y a de nouveau une erreur. La Terre tourne sur son axe en 23h 56 mn, durée du jour sidéral.
Mais note maximale = 8 sur cette question
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D : le mouvement apparent du Soleil change suivant les saisons. La hauteur variable du Soleil suivant les
saisons est une des causes qui fait qu’il fait plus chaud l’été que l’hiver. Une autre cause non mentionnée ici
est la variation de la durée du jour.
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E : le mouvement apparent du Soleil change suivant la latitude. Plus on s’approche de l’équateur plus le Soleil
est haut dans le ciel et en conséquence chauffe plus.
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Question 2 B est juste. La sphère bleutée est la sphère céleste, sphère fictive sur laquelle le Soleil semble se
déplacer dans son mouvement apparent. On voit bien que les positions de lever et de coucher du Soleil
changent suivant les saisons. Le Soleil se lève à l’est et se couche à l’ouest uniquement aux équinoxes. L’été il
se lève au nord-est et se couche au nord-ouest et l’hiver réciproquement sud-est et sud-ouest. L’observateur
voit bien le Soleil se déplacer toujours vers sa droite dans le ciel. La trajectoire apparente du Soleil étant plus
longue l’été que l’hiver on voit que le jour dure plus longtemps l’été que l’hiver. On voit aussi que le Soleil
culmine plus haut dans le ciel l’été que l’hiver. Ces deux faits expliquent pourquoi il fait plus chaud l’été que
l’hiver.
Mais note maximale = 6 sur cette question
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C est faux. Il montre que le Soleil se lève toujours à l’est et se couche toujours à l’ouest ce qui est faux. Une
deuxième erreur qui en découle est que les deux cercles trajectoire l’été et l’hiver se déduisent par une simple
rotation autour de la droite est-ouest. La trajectoire apparente du Soleil aurait donc toujours la même
longueur et la durée du jour serait toujours la même ce qui est faux. 3
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Question 3 Dans le document D On s’intéresse au changement de la hauteur du Soleil suivant les saisons. On
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peut mettre ce dispositif au Soleil. Une amélioration est de mettre des thermomètres pour vérifier que dans
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l’expérience 2 le Soleil chauffe plus la grille. La grille présente l’intérêt de pouvoir mesurer la surface éclairée
en comptant le nombre de carrés.
Mais note maximale = 6 sur cette question
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Dans le document E on s’intéresse au changement de la hauteur du Soleil dans le ciel suivant la latitude. On
pourrait l’améliorer en utilisant du papier2quadrillé. Malheureusement la lampe ne chauffe pas assez pour
mettre des thermomètres. Mais le dispositif a le mérite de marcher quand il pleut. Le faisceau divergent de la
lampe pose problème, car il y a deux variables dont dépend la surface éclairée : l’angle de la lampe et sa
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distance au papier. Il n’y a donc pas séparation des variables. Une amélioration possible est d’attacher la
lampe à une ficelle qu’on maintiendra toujours tendue et qui sera fixée par un trou au centre du papier et de
la surface éclairée. On maintiendra ainsi la distance de la lampe au papier constante pratiquant une
séparation des variables.
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