Le temps, cours

*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 cours1,2,3 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 ; ...

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 :

Vidéo01 (Octobre 2018)

Vidéo 02 (Juin 2019)

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 : 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 XVII^e 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 ℓ.

- Dans le cas d’un pendule simple, ℓ > 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
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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