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Groupe départemental sciences 63 - mai 2020

Le ciel et la Terre

p 1 Mettre en lien phénomènes et modèles explicatifs

Cette séquence permet aux élèves de mettre en relation des phénomènes observés et des arguments raison

nés.

Comment expliquer l'alternance jour nuit ? Construction d'un premier modèle simple permettant de com-

prendre cette alternance.

Qu'est ce que permet d'expliquer la rotation de la Terre sur elle-même ? Observation du réel et interpré-

tation à l'aide d'un modèle du système Terre-Soleil. Recherche du domaine de validité du modèle ; la mise en relation d es phénomènes observés et du modèle va permettre de préciser la portée du modèle, et ses limites. Recherche d'un modèle plus performant : pour augmenter la portée du modèle, il est enrichi d'une nou-

velle propriété : le globe Terrestre est incliné par rapport à la droite perpendiculaire au plan contenant le

Soleil et la Terre (écliptique).

ROTATION DE LA Terre

Séance 1 : Comment expliquer

l'alternance jour nuit ?

Séance 2 : Que permet d'expliquer la rota-

tion de la Terre sur elle-même ?

Séance 3 : Déterminer la portée

du modèle. Mettre en relation les connaissances empiriques et le modèle, enrichir le modèle.

Déterminer le sens de rotation de la Terre ?

Séance 4 : Comment sait-on que l'axe de

rotation de la Terre est incliné ?

Programme Cycle 2

Situer un lieu sur une carte ou un globe ou un écran informatique globales de la Terre et du monde.

Savoir que la Terre fait partie

d'un univers très vaste composé

De l'espace connu à l'espace

lointain : la Terre et les astres (la Lune, le Soleil, ...)Globe comme instrument de visuali- sation de la planète.

Saisons, lunaisons, à l'aide de

modèles réduits (Boules éclairées).

Programme Cycle 3

Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les condit ions de la vie Terrestre

Situer la Terre dans le système so

laire. Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons).

Les mouvements de la Terre sur

elle-même et autour du Soleil.

Représentations géométriques

de l'espace et des astres (cercle, sphère).Travailler à partir de l'observation et (modélisation, expérimentation...).

Découvrir l'évolution des connais

sances sur la Terre et les objets cé lestes depuis l'Antiquité (notamment sur la forme de la Terre et sa position dans l'univers) jusqu'à nos jours (cf. exploration spatiale du système so laire).

Introduction

Groupe départemental sciences 63 - mai 2020

Le ciel et la Terre

p 2

Introduction

Mettre en lien phénomènes et modèles explicatifs

Dans cette séquence, on cherche à expliquer des phénomènes astronomiques observables en modélisant le

système Terre Soleil, et simulant les mouvements de la Terre dans ce système. Dans un premier temps les élèves vont proposer des explications. Dans un second temps le recours à l'histoire des sciences permet la validation du modèle expliquant l'alternance jour-nuit, par la rotation de la Terre sur elle-même.

Ce premier modèle permet d'expliquer :

La course apparente du Soleil.

L'évolution de l'ombre d'un gnomon (bâton planté à la verti cale) au cours de la journée.

Les fuseaux horaires.

Il permet de déduire le sens de rotation de la Terre sur elle-même (vers l'Est) le modèle, en introduisant l'inclinaison de l'axe de rotation de l a Terre.

La Terre est une sphère.

Les rayons du Soleil arrivent parallèles sur Terre car la Terre est t rès loin du Soleil. Un hémisphère de La Terre est toujours éclairé par le Soleil

La Terre tourne sur elle-même vers l'Est.

L'axe de la Terre est incliné.

Groupe départemental sciences 63 - mai 2020

Le ciel et la Terre

p 3 Mettre en lien phénomènes et modèles explicatifs SéancePhaseMatérielObjectifsSynthèse attendue (institutionnalisa- tion)

1. Comment expliquer

l'alternance jour/nuit ?

1ère modélisation de la

rotation de la Terre.1.Émettre des hy- pothèses pour expliquer l'alternance jour/nuit.

Construire un modèle

pour expliquer

Asseoir la relation entre

rotation de la Terre et alternance jour/nuit.

La Terre est éclairée par le

Soleil. Dans la partie face

au Soleil, un observateur qui observe le ciel peut voir le Soleil : c'est la jour née. Dans la partie oppo- sée qui n'est pas éclairée par le Soleil, l'observateur ne peut pas voir le Soleil : c'est la nuit.

Le mouvement de rota

tion de la Terre sur elle- même explique l'alter nance jour-nuit.2. Simuler des obser- vation dans le mo dèle pour tester les hypothèsesPique à brochette Boules de polystyrène Lampe, punaises de tableau

3. S'appuyer sur des

expériences historiques pour valider la rotation de la Terre. Textes relatant l'expé- rience de Ferdinand

Reich et l'expérience du

pendule de Foucault.

Vidéo de ces expériences

4. Institutionnaliser

2. Qu'explique la ro

tation de la Terre sur elle-même ?

Détermination

de laportée du modèle en lien avec des connaissances empiriques 1. Re-mobiliser les connaissancesOrdinateur

Projecteur

LearningApps

S'approprier des outils

et des méthodes. Gar der une trace écrite ou numérique des re cherches, des obser vations et des expé riences réalisées. La rotation de la Terre sur elle-même permet de comprendre l'alter nance jour/nuit, l'obser vation du mouvement apparent du Soleil et l'évolution de l'ombre portée d'un gnomon.

Elle permet aussi d'ex

droits du monde.2. Observer directement le mouvement apparent du

Soleil (et ombre portée)Stellarium

Appareil photo

3. Observer l'ombre por

tée d'un gnomon½ sphère transparente (boule de Noël de 10cm) (Gnomon : vis à tête plate de 4cm max pour une feuille format A3)

Feutres permanents

Compas règle

Boussole

4. Institutionnaliser

Ordinateur

Vidéo projecteur

Globe Terrestre

https : //www.youtube.com/ watch ? v=nS0Zta-lgFw

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Le ciel et la Terre

p 4 Mettre en lien phénomènes et modèles explicatifs SéancePhaseMatérielObjectifsSynthèse attendue (institutionnalisa- tion) 2.

Changement de

point de vue :

Modélisation du

système Soleil-Terre-

Lune.1. Modéliser pour com-

prendrePiques à brochette

Boules de polystyrène

Cahier de sciences

Appareil photo

Projection des schémas

réalisés

StellariumPermettre aux élèves

de les de dégager sa voirs suivants : - La Terre est ronde - Il y a un seul hémis phère des planètes

éclairé par le Soleil.

- Les rayons du

Soleil qui arrivent

sur Terre sont parallèles entre eux. - La partie qui n'est pas éclairée correspond à la nuit sur

Terre, celle qui l'Est cor

respond à la journée - La forme

éclairée dépend de la

position de l'observa teur.La Terre ronde est éclai- rée par le Soleil, dans la partie face au Soleil, un observateur peut voir le

Soleil. Dans la partie op

posée qui n'est pas éclai rée par le Soleil, l'obser vateur ne peut pas voir le

Soleil : il fait nuit.2. Confronter des mo-

dèles explicatifs

3. Schématiser les

rayons du Soleil qui arrivent sur Terre.

4. Institutionnaliser

3. Ce qu'explique la

rotation de la Terre sur elle-même ?

Mettre en relation les

connaissances empi riques et le modèle

Faire évoluer le modèle

(1) .1. Re-mobiliser les connaissancesOrdinateur

ProjecteurComprendre qu'il est

possible de répondre

à une question scien

Déterminer, par une

démarche scienti tation de la Terre.

Mettre en relation des

phénomènes obser vables avec la rotation de la Terre. L'évolution des ombres au cours de la journée, permet de déduire que la Terre tourne vers l'Est. 2. Modéliser l'évolution de l'ombre portée d'un gnomonBoule de polystyrène

Mini gnomon

Lampe

Épingles colorées

3. Institutionnaliser

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Le ciel et la Terre

p 5 Mettre en lien phénomènes et modèles explicatifs SéancePhaseMatérielObjectifsSynthèse attendue (institutionnalisation)

4. L'axe de ro

tation de la

Terre est incliné.

Détermination

du domaine de validité du modèle. 1. Prévoir la durée du jour, droits sur Terre en utilisant le modèle (axe perpendicu- laire)Projecteur

Boule de polystyrène

Pique à brochette

Punaises

Lampe

Déterminer les limites

d'un modèle après confrontation au réel.

Amener à déduire que

l'axe de la Terre est incli né pour comprendre les droits sur Terre. L'axe des pôles est incliné (*) ce qui explique que la plu- part du temps la durée des journées n'est pas la même * par rapport au plan de l'écliptique (plan contenant la

Terre et le Soleil)2. Confronter les résultats

du modèle au réelStellarium

Graphique des durées

des nuits, des journées selon le lieu. l'adapter au réelProjecteur

Boule de polystyrène

Pique à brochette

Punaises

Lampe

4.Institutionnaliser

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Le ciel et la Terre

p 6 S

ANCE 1

La rotation de la Terre

1ère modélisation de la rotation de la Terre

La rotation de la Terre

COMPÉTENCES DU SOCLE

(Socle : domaine 4)

Pratiquer des démarches

Proposer une ou des

hypothèses pour répondre à une question ou un problème.

Proposer des expériences

simples pour tester une hypothèse, interpréter un résultat, en tirer une conclusion. (Socle : domaine 2)

S"approprier des outils et des

méthodes. bibliographiques simples et ciblées.

Extraire les informations

pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre à une question.

MATÉRIEL

Pique à brochette

Boule de polystyrène de

diamètre 3cm Lampe

Punaise de tableau

PHASE 1Comment expliquer l'alternance jour-nuit ?

On observe une alternance du jour et de la nuit, mais comment l'expli- Synthèse des hypothèses recevables (collectif) 1.

La Terre tourne sur elle-même.

2.

Le Soleil tourne autour de la Terre.

3.

La Terre tourne autour du Soleil.

4. La Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil. Les explications non pertinentes, non cohérentes ou contradictoires avec le savoir "déjà-là» sont rejetées.

PHASE 2

Pour tester les 4 hypothèses recevables, modéliser le système Terre-Soleil, et réaliser les simulations. L'observateur est représenté par une tête d'épingle plantée sur une boule en polystyrène représentant La Terre. Le Soleil est modélisé par une source pouvant éclairer dans toutes les directions de l'espace, comme le fait le Soleil.

Conclusion :

Aucune simulation ne peut réfuter ces quatre hypothèses précédemment formulées, on ne peut donc pas trancher.

PHASE 3Histoire des sciences

Pour valider l'hypothèse de la rotation de

la Terre sur elle-même (hyp.1) plusieurs possibilités. 1. " L'alternance jour nuit s'explique par la rotation de la Terre sur elle-même. » 2.

Apport d'éléments d'histoire des sciences :

" En 1833, Ferdinand Reich mit en évidence la déviation vers l'Est d'un corps en chute libre. Pour cela, il lais sa tomber des projectiles dans un puits de 158m de profondeur à Freiberg (Saxe). Sur un total de 106 expériences il trouva une déviation moyenne vers l'Est de

2,8 cm. Or cette déviation est celle prévue

par les lois de la mécanique mises au point par Coriolis en 1835 tenant compte de la rotation de la Terre.»

Le résultat d"une centaine d"expériences de

chute de projectile dans un puits de mine, réalisées par Reich en 1831. [Figure empruntée à Hagen (1911)].

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Le ciel et la Terre

p 7 S

ANCE 1

1ère modélisation de la rotation de la terre?

La rotation de la Terre

MATÉRIEL

Pique à brochette

Boule de polystyrène de

diamètre 3cm Lampe

Punaise de tableau

Expérience du pendule de

Foucault 1851

PHASE 4

station spatiale européenne en juillet 2014 (ESA/NASA)

Vidéo du pendule

de Foucault https : //www.youtube.com/ watch ? v=YhXLxc1hzxM

COMPÉTENCES DU SOCLE

(Socle : domaine 4)

Pratiquer des démarches

Interpréter un résultat, en tirer

une conclusion.

Formaliser une partie de sa re

cherche sous une forme écrite ou orale. La Terre est éclairée par le Soleil. Dans la partie face au Soleil un observateurquotesdbs_dbs13.pdfusesText_19

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