Phys. N° 7

Le Temps.

Cours

   

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

I - Phénomènes astronomiques périodiques.

1)- Alternance des jours et des nuits.

2)- L'alternace des phases de la Lune.

3)- L'alternace des saisons.

II - Mesure des durées.

1)- Repérage dans le temps.

2)- Le phénomène périodique.

3)- Période et fréquence.

III - Les dispositifs construits

par l'homme.

1)- Le gnomon et le cadran solaire.

2)- Sabliers et clepsydres.

3)- Les horloges mécaniques.

4)- Les horhoges électroniques.

5)- Les horloges atomiques.

6)- Ordinateurs et oscilloscopes.

IV - Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices :

Exercices (énoncé et correction)

TP Physique N° 10 Le pendule simple

 

Exercices (énoncé et correction)

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

1)- Exercice 3 page 133

2)- Exercice 5 page 134

3)- Exercice 10 page 135

4)- Exercice 11 page 135

4)- Exercice 1 page 146

5)- Exercice 3 page 146

Physique et Chimie  seconde 

Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

I - Connaissances du cours
1,2,3 page 269

II - Exercice 24 page 270.

III - Exercice 28 page 270

IV - Exercice 30 page 271

V - Exercice 31 page 271

 

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

Le temps en physique ; les phénomènes périodiques ; la durée, la date ; l'instant ; le pendule simple ; le gnomon ; le cadran solaire ; les horloges ; ...

 

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I- Phénomènes astronomiques périodiques.

1)- L’alternance des jours et des nuits.

a)- Observations :

-    Un observateur terrestre voit chaque jour le Soleil se lever à l’est. 

-    Puis le Soleil s’élève dans le ciel jusqu’au milieu de la journée et redescend vers l’ouest et disparaît.

-    C’est le mouvement du Soleil pour un observateur terrestre.

-    On l’appelle le mouvement apparent du Soleil.

-    Au plus haut de sa trajectoire, le Soleil passe dans le plan méridien du lieu d’observation (plan passant par les pôles et par le lieu d’observation). 

-    Il est alors midi à l’heure solaire.

b)- Phénomène périodique :

-    Les passages successifs du Soleil dans le plan méridien du lieu d’observation s’effectuent à des intervalles de temps égaux T

-    C’est un phénomène périodique. La période de ce phénomène est de 24 h (jour solaire moyen). On note T = 24 h.

c)- Interprétation :

-    Ce mouvement apparent résulte de la rotation propre de la Terre (astronome grec Hipparque II e siècle av J.C).

-    On peut considérer que le Soleil est pratiquement fixe dans le référentiel géocentrique (pendant la durée : 24 h). 

-    Dans ce référentiel, la Terre tourne d’ouest en est.

-    En conséquence, vu de la Terre, le Soleil tourne de l’est vers l’ouest.

-    Mouvement du Soleil par rapport à la Terre : animationCliquez ici pour démarrer l'animation !!!

2)- L’alternance des phases de la Lune.

a)- Observations :

-    La Lune est l’unique satellite naturel de la Terre.

-    De jour en jour, la Lune change d’aspect. 

 

-    Ces différents aspects correspondent aux phases de la Lune.

-    On distingue quatre phases caractéristiques :

-    Le premier quartier, la pleine Lune, le dernier quartier et la nouvelle Lune qui est invisible.

-    Vidéo :

b)- Interprétation.

-    La succession des phases de la Lune résulte de la rotation de la Lune autour de la Terre. 

-    La Lune est éclairée par le Soleil et selon sa position, la partie éclairée n’est pas vue de la même façon depuis la Terre. 

-    Il découle de ceci différents aspects.

-    Les phases de la Lune se succèdent de façon périodique. 

-    Pour un observateur terrestre, la durée séparant deux nouvelles lunes successives est de 29 j 12h 44 min :

-    c’est la lunaison ou mois lunaire.

-    Phases de la lune : animationCliquez ici pour démarrer l'animation !!!

Phases lunaires

3)- L’alternance des saisons.

a)- Observations.

-    Chaque saison est caractérisée par des conditions météorologiques particulières et par une différence des durées entre les jours et les nuits. 

-    Les nuits sont plus longues en hiver et il faut plus froid.

-    Au cours de l’année deux dates particulières possèdent des jours et des nuits d’égales durées. 

-    Ce sont les équinoxes au printemps et en automne.

-    L’année tropique est la durée séparant deux équinoxes de printemps (le 20 ou le 21 mars), soit 365,2422 jours. 

-    L’équinoxe d’automne 20 ou 21 septembre).

-    Solstice d’été 24 juin et solstice d’hiver le 25 décembre.

II- Mesure des durées.

1)- Repérage dans le temps.

-    Pour se repérer dans le temps, l’homme utilise des phénomènes astronomiques qui sont périodiques. 

-    Ils permettent de se repérer dans le temps.

-    L’année tropique  ou l’année solaire correspond au temps mis par la Terre pour effectuer une rotation autour du Soleil. 

-    Elle correspond au retour des saisons.

-    Le mois correspond à une lunaison.

-    Le jour solaire correspond à la durée entre deux passages successifs du Soleil dans le plan méridien.

-    Ces phénomènes périodiques ont servi à la conception des calendriers des différentes civilisations.

-    On utilise le calendrier grégorien qui est basé  sur l’année tropique.

-    À partir du XVIIe siècle, l’élaboration de dispositifs ingénieux à permis la mesure de durées de plus en plus précises.

2)- Le phénomène périodique.

Définition :

-    Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

-    Exemple : un pendule simple est constitué d’un objet sphérique de rayon R accroché à un fil inextensible de longueur

-    Dans le cas d’un pendule simple, > 10 R. On suspend ce pendule à un point fixe.

-    Le pendule possède une position d’équilibre (verticale). 

-    Quelles sont les actions mécaniques que subit l’objet sphérique lorsque le pendule est en équilibre ? Que peut-on affirmer ?

-    On écarte le pendule de sa position d’équilibre. Il oscille autour de la position d’équilibre. 

-    Que peut-on dire des actions mécaniques que subit l’objet sphérique ?

-    Quelles sont les caractéristiques du mouvement du pendule?

-    Le pendule est animé d’un mouvement périodique. Il possède une période.

3)- Période et fréquence.

-    La période T d’un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même. 

-    L’unité de période T est la seconde s.

-    La fréquence f représente le nombre de période par seconde.

-    On écrit :

f

 1  


 T  

 

-    unité de fréquence : Hertz :  Hz (il faut pour cela exprimer la période en seconde s)

III- Les dispositifs construits par l’homme.

1)- Le gnomon et le cadran solaire.

-    Le gnomon est un bâton que l’on plante verticalement sur le sol.

-    Ce bâton éclairé par le soleil produit une ombre. 

-    La longueur de cette ombre permet de se repérer dans le temps.

-    Cette ombre parcourt un arc de cercle. 

-    On peut construire un cadran solaire en utilisant ce procédé.

-    Les Babyloniens utilisaient les cadrans solaires deux mille ans avant notre ère.

-    Le cadran solaire est une horloge qui utilise le mouvement apparent du soleil :

-    l’ombre d’un bâton indique l’heure solaire.

 

 

2)- Sabliers et clepsydres.

-    Le sablier (Moyen age en Europe) permet de mesurer une durée fixe. 

-    En gros 3 min, on peut les utiliser en cuisine pour la cuisson des œufs coques. 

-    On utilise l’écoulement d’une certaine quantité de sable par un orifice effilé.

-    Les Égyptiens utilisaient la clepsydre 3 mille ans avant notre ère. 

-    Une clepsydre est un vase rempli d’eau qui se vide lentement par une ouverture de petite taille percée dans sa partie inférieure. 

-    On repère le temps d’après la quantité d’eau écoulée en graduant soit le récipient verseur, soit le récipient dans lequel l’eau est recueillie.

-    Pour que les graduations du vase verseur de la clepsydre placées à égale distance les unes des autres indiquent des durées égales,

-    il faut que le vase soit de plus en plus étroit dans sa partie inférieure.

-    Ainsi, l’abaissement du niveau de l’eau se fait à vitesse constante.

-    La clepsydre et le sablier ne déterminent pas l’heure, mais mesurent des durées (intervalles de temps) :

-    ce sont des chronomètres.

3)- Les horloges mécaniques.

-    C’est en 996 que le nommé Gerbert d’Aurillac aurait inventé l’horloge mécanique à « poids ». 

-    La rotation régulière de roues dentées, entraînées par une masse suspendue, mettait en mouvement une seule aiguille. 

-    Cette horloge sommaire manquait de régularité.

-    C’est vers 1600 que Galilée découvre les lois du pendule simple pour réguler le mouvement des horloges à l’aide d’un pendule.

4)- Les horloges électroniques.

-    Une horloge à quartz est un dispositif mettant en jeu un oscillateur électrique : le quartz. 

-    Alimenté par une pile, il vibre à une fréquence très précise :  f = 32768 Hz.

-    Un circuit diviseur de fréquence permet d’obtenir une impulsion par seconde. 

-    Ces impulsions sont transmises à un système mécanique permettant de faire tourner des aiguilles ou à un système électronique permettant d’afficher l’heure.

5)- Les horloges atomiques.

-    C’est l’instrument de mesure du temps le plus précis.

-    Les horloges atomiques utilisent des transitions entre des niveaux d’énergie bien définis de certains atomes

-    La première horloge atomique a été fabriquée en 1947.

-    C’est l’horloge atomique au césium (depuis 1967) qui sert à définir la seconde, unité légale de temps du S.I.

-    Avec une horloge atomique au césium utilisant un phénomène de résonance hertzienne entre deux niveaux atomiques,

-    on obtient une précision de 10-14 (moins d’une seconde de variation sur trois millions d’années, si l’horloge conserve sa fidélité sur une période aussi longue).

-    La fréquence de la transition entre les niveaux hyperfins est égale à 9 192 631 770 Hz par définition.

-    Les horloges atomiques dérivent de moins d’une seconde en 3000 ans.

6)- Ordinateurs et oscilloscopes.

-    Le fonctionnement des ordinateurs nécessite la présence d’une horloge interne.

-    En physique, on utilise l’oscilloscope.

-    C’est un dispositif qui comprend un tube cathodique et des plaques de déviations. 

-    Un dispositif appelé base de temps  (ou durée de balayage) permet au spot lumineux de balayer l’écran de l’oscilloscope de gauche à droite de façon périodique. 

-    La fréquence de balayage est réglable et connue.

-    Ce dispositif permet de visualiser les variations d’une tension en fonction du temps.

IV- Applications.

1) QCM :

2 ) Exercices :

Exercices (énoncé et correction)

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

1)- Exercice 3 page 133

2)- Exercice 5 page 134

3)- Exercice 10 page 135

4)- Exercice 11 page 135

4)- Exercice 1 page 146

5)- Exercice 3 page 146

Physique et Chimie  seconde 

Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

I - Connaissances du cours
1,2,3 page 269

II - Exercice 24 page 270.

III - Exercice 28 page 270

IV - Exercice 30 page 271

V - Exercice 31 page 271