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Le mouvement de la Terre dans l'Univers a été l'objet de célèbres et violentes controverses. L'étude de

Savoirs

étoiles, la Terre parcourt une trajectoire quasi circulaire autour du Soleil. Le passage d"une conception géocentrique à une conception héliocentrique constitue l"une des controverses majeures de l"histoire des sciences. Interpréter des documents présentant des arguments historiques pour discuter la théorie héliocentrique. Observée dans un référentiel géocentrique, la Lune tourne autour de la Terre sur une trajectoire quasi- circulaire. Elle présente un aspect qui varie au cours de cette rotation (phases). La Lune tourne également sur elle-même et présente toujours la même face à la Terre. Interpréter l"aspect de la Lune dans le ciel en fonction de sa position par rapport à la Terre et au Soleil.

L'organisation du système solaire est déjà connue. L'accent est mis ici sur la compréhension de cette

Manuel p. 184

Chapitre

PARTIE 3

La Terre dans l"Univers

LE PROGRAMME04733691_.indb 10104/10/2019 10:28

102PARTIE 3 • LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER

JE RETROUVE CE QUE JE SAIS DÉJÀ

SITUATION 1

Il s'agit ici de faire un état des lieux des connais- sances des élèves sur la composition du système solaire, identifier éventuellement des représenta- tions erronées et revoir le vocabulaire associé. iae L'étoile du système solaire est le Soleil, la Terre est une planète du système solaire et la Lune est son satellite. On peut rappeler que le système solaire est constitué de 8 planètes : Mercure, Vénus,

Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

Les six dernières planètes ont des satellites. i> re

Dans une approche spiralaire de l'enseignement

de la physique-chimie, on insiste sur la dimension historique de la représentation du système solaire et l"évolution des connaissances sur la place de la Terre dans l"Univers. Les élèves approfondissent en particulier les controverses liées à la représen- tation du Monde dans l"activité 1 et l'activité 2, sur l"exemple particulier du mouvement de la planète Mars.

SITUATION 2

Il s'agit ici d'insister sur l'importance de définir un référentiel pour décrire un mouvement. iae Sur l'illustration, on constate que les deux person- nages dans le train sont immobiles l"un par rap- port à l"autre mais en mouvement par rapport à la vache. Il faut toujours préciser le référentiel avant de décrire un mouvement. i> re

Dans une approche spiralaire de l'enseignement

de la physique-chimie, on réinvestit l"importance de préciser le référentiel pour décrire un mou- vement (vu en classe de Seconde). Le mouve- ment des astres est différent selon le référentiel. On définit aussi le référentiel héliocentrique et géocentrique qui sera utilisé pour décrire le mou- vement des astres dans les activités 2,3 et 4.

SITUATION 3

Il s'agit ici de vérifier que les élèves savent bien décrire un mouvement en particulier à partir d"une chronophotographie. iae

On peut dire que le mouvement du marcheur est

rectiligne uniforme car on peut relier (quasiment) les positions du centre du marcheur par une droite et les positions du marcheur sont réguliè- rement espacées. Pour décrire un mouvement, il faut préciser la nature de la trajectoire et l"évolu- tion de la valeur de la vitesse. i> re

Dans une approche spiralaire de l'enseignement

de la physique-chimie, la description du mouve- ment introduite en cycle 4 et détaillée en classe de Seconde est appliquée ici au mouvement de la Terre dans le référentiel héliocentrique traité dans l"activité 3 et à celui de la Lune dans le réfé- rentiel géocentrique dans l"activité 4.

ACTIVITÉS

p. 186 aeµVae Cette activité a pour objectif de traiter la partie suivante du programme :

Savoir : " Le passage d"une conception géo-

centrique à une conception héliocentrique consti- tue l"une des controverses majeures de l"histoire des sciences. » Savoir-faire : " Interpréter des documents pré- sentant des arguments historiques pour discuter la théorie héliocentrique. » Cette activité présente certains acteurs et tra- vaux de l"Histoire de la représentation du Monde et permet aux élèves de travailler sur des docu- ments historiques. On parle plutôt de la repré- sentation du Monde que du système solaire car la notion de système solaire implique l"héliocen- trisme. L"utilisation du logiciel Stellarium n"est pas indispensable pour répondre aux questions. Si on l"utilise, il faut bien veiller à l"orientation Est-Ouest pour retrouver les observations de Galilée. Il faut également utiliser l"oculaire avec un grand champ visuel apparent pour observer les satellites de

Jupiter.

OC ae Voici un extrait d'une simulation du ciel du 7 jan- vier 1610 à Padova à 18 h avec Stellarium. Les satellites observés sont Ganymède, Callisto, Io et Europe. Sur cette image, Io et Europe sont confondus et l"Est et Ouest inversés. p. 184

ACTIVITÉ 1

04733691_.indb 10204/10/2019 10:28

103CHAPITRE 3 • LA TERRE DANS L"UNIVERS

i 1.

étoiles fixes

Terre

Saturne

Jupiter

Mars

Mercure

Vénus

Soleil

Lune

2. La vision du Monde de l'Antiquité est dite

géocentrique car elle place la Terre au centre de l"Univers. La vision de Copernic est dite héliocentrique car elle place le Soleil au centre du Monde. La vision de Tycho Brahé est dite géo-hé- liocentrique car la Terre est au centre de la repré- sentation mais le Soleil est un autre centre de rotation (pour Mercure et Vénus).

3. Arguments en faveur du géocentrisme :

Si la Terre était en mouvement, un projectile

envoyé verticalement vers le haut ne retomberait pas au même point : document 1.

Les convictions philosophiques et religieuses

qui placent l"Homme et donc sa planète au centre du Monde : document 1.

Arguments en faveur de l"héliocentrisme :

Le mouvement du Soleil dans le ciel terrestre

peut être décrit comme le résultat du mouvement de la Terre autour de son axe et de son mouve- ment autour du Soleil : document 2. Jupiter est également un centre de rotation : des astres tournent autour de Jupiter : document 4.

Tous les astres ne tournent donc pas autour de

la Terre.

4. Des religions se sont opposées à l'héliocen-

trisme car dans cette théorie la Terre, la planète sur laquelle l"Homme se trouve, est une planète comme les autres. p. 188 Cette activité a pour objectif de traiter la partie suivante du programme : Savoirs : " Observée dans un référentiel fixe par rapport aux étoiles, la Terre parcourt une trajec- toire quasi circulaire autour du Soleil. Le passage d"une conception géocentrique à une conception héliocentrique constitue l"une des controverses majeures de l"histoire des sciences. » Savoir-faire : " Interpréter des documents pré- sentant des arguments historiques pour discuter la théorie héliocentrique. »

Le mouvement de Mars est beaucoup plus simple

dans la théorie héliocentrique que dans la théorie géocentrique. Pourtant, cela n"a pas empêché les astronomes de l"Antiquité de trouver des modèles très astucieux pour expliquer le mouvement de

Mars par rapport à la Terre. Pour observer la

rétrogradation de Mars avec le logiciel Stellarium, on peut choisir n"importe quelle date pourvu qu"on fasse défiler les 30 mois. OC ae Du 1 er janvier 2020 au 1 er juillet 2023, on constate que Mars évolue devant les constellations dans l"ordre des constellations du zodiaque, semble revenir en arrière quand elle se trouve derrière la constellation du Taureau en janvier 2023, puis reprend sa trajectoire devant les constellations à partir d"avril 2023. OC

Voici le résultat

du pointage :

ACTIVITÉ 2

y x 1 20 référentiel géocentrique

04733691_.indb 10304/10/2019 10:28

104PARTIE 3 • LA TERRE, UN ASTRE SINGULIER

i

1. Doc. 1 : le point de vue est géocentrique car on

se réfère au centre de la Terre. Doc. 2 : le point de vue est géocentrique car on se réfère au centre de la Terre. Doc. 3 : le point de vue est héliocentrique car on se réfère au centre du Soleil. Doc. 4 : le point de vue est héliocentrique car on se réfère au centre du Soleil.

2. On parle de rétrogradation car dans le ciel, sur

le fond des constellations, Mars part en arrière puis reprend son chemin dans les constellations sur la simulation de la démarche expérimentale du document 1. C"est aussi ce que l"on constate sur le pointage du document 3.

3. Les mouvements de Mars et de la Terre dans

le référentiel héliocentrique sont circulaires uniformes.

4. La rétrogradation de Mars s'explique très sim-

plement dans le référentiel héliocentrique car lorsqu"on pointe les positions de Mars depuis la Terre, on explique la rétrogradation. Dans la théo- rie géocentrique, Mars tourne sur un épicycle qui tourne lui-même sur un déférent. Cette explica- tion est plus complexe. p. 190 4 Cette activité a pour objectif de traiter la partie suivante du programme : Savoirs : " Observée dans un référentiel fixe par rapport aux étoiles, la Terre parcourt une trajec- toire quasi circulaire autour du Soleil. » Cette activité permet aux élèves de bien com- prendre les caractéristiques et les manifes- tations des mouvements de la Terre. Dans le document 3, les animations apportent une vraie plus-value, mais l"activité peut être réalisée avec les schémas c et e. OC ae • Le Soleil décrit une courbe d'Est en Ouest dans l"hémisphère Nord, plus ou moins haute selon la saison. • Dans l'hémisphère Sud, le mouvement est aussi curviligne d"Est en Ouest, mais lorsque le Soleil est au plus haut dans l"hémisphère Nord, il est au plus bas dans l"hémisphère Sud et inver- sement. Le Soleil est au Sud à midi solaire dans l"hémisphère Nord et est au Nord à midi solaire dans l"hémisphère Sud. i

1. Selon la troisième loi de Kepler, la trajectoire de

la Terre autour du Soleil est une ellipse qui a une forme ovale donc quasi circulaire (doc. 1).

2. Le mouvement de la Terre autour du Soleil s'ex-

plique par la vitesse de la Terre et l"attraction exer- cée par le Soleil sur la Terre (doc. 2).

3. Si on note d la distance parcourue par la Terre

pendant une révolution, Δt la durée en seconde correspondant à une révolution et R le rayon de l"orbite de la Terre autour du Soleil, la vitesse moyenne de révolution de la Terre s"exprime : v = d R 2

Le rayon moyen de l'orbite terrestre vaut :

+147000
= 149 500 000 km, soit 1,495 × 10 11 m.

Donc v = 2 × π ×

149
= 29 765 m ? s -1 NP? s -1

4. Des manifestations du mouvement de la Terre

autour du Soleil sont : le mouvement apparent du Soleil qui est plus ou moins haut dans le ciel selon la saison et la latitude du lieu dans lequel on se trouve ; les saisons. p. 192 Cette activité a pour objectif de traiter la partie suivante du programme :

Savoirs : " Observée dans un référentiel

géocentrique, la Lune tourne autour de la Terre sur une trajectoire quasi-circulaire. Elle présente un aspect qui varie au cours de cette rotation (phases). La Lune tourne également sur elle-même et présente toujours la même face à la Terre. » Savoir-faire : " Interpréter l'aspect de la Lune dans le ciel en fonction de sa position par rapport

à la Terre et au Soleil. »

Cette activité permet aux élèves de bien com- prendre l"origine et les caractéristiques des phases de la Lune. Lors des simulations sur Stella- rium, on pourra utiliser la fonction oculaire pour bien visualiser la Lune. Il est possible de modifier directement la latitude sur l"onglet " situation » pour se placer en différents points de la Terre.

ACTIVITÉ 3

ACTIVITÉ 4

04733691_.indb 10404/10/2019 10:28

105CHAPITRE 3 • LA TERRE DANS L"UNIVERS

DOC ae

On observe un cycle complet de phases de la Lune

(lunaison) sur un mois environ. Les différents aspects de la Lune dépendent de la latitude du lieu : ils sont opposés en deux posi- tions symétriques par rapport à l"équateur dans les hémisphères Nord et Sud. Les parties éclairées ne sont pas disposées de la même manière selon la latitude donc ne sont pas les mêmes aux pôles et sur l"équateur.

Phases de la Lune à Quito (latitude 0°)

PCPQPLDQDC

Phases de la Lune pour Paris (latitude de 49° Nord)

PCPQPLDQDC

Phase de la Lune pour Puerto Aisén au Chili (latitude

49° Sud)

PCPQPLDQDC

Phases de la Lune au pôle Nord

Les phases de la Lune aux pôles sont complexes

et dépendent des saisons. Voici un exemple pour une ville au pôle Nord en hiver :

PCPQPLDQDC

DOC ae • La Lune a un mouvement de rotation et un mou- vement de révolution autour de la Terre. • Le repère fixe est toujours orienté vers la Terre. • On compte un peu plus de 13 révolutions et rotations de la Lune pendant une révolution de la

Terre autour du Soleil.

DOC ae • On place une lampe fixe qui modélise le Soleil.

Une personne se place face à la lampe, elle

modélise la Terre. Elle fait tourner la boule de polystyrène autour d"elle et se place à chaque fois en face d"elle pour constater la partie de la boule qui est éclairée. La boule de polystyrène modélise la Lune. • On observe les aspects suivants : 1234
5678

1 nouvelle lune

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