Maquette Soleil Terre Lune

Auteur: Noël Robichon

Introduction

Champ: Soleil Terre Lune

Niveau: **

Temps: 3 heures

introductionIntroduction

Le but de ce TP est de réaliser une maquette permettant d'expliquer les phénomènes célestes liés à la position respective de la Terre, de la Lune et du Soleil comme l'alternance jour/nuit, les saisons, les phases de la Lune et les éclipses.

objectifsObjectifs

Le but de ce TP est de réaliser une maquette permettant d'expliquer les phénomènes célestes liés à la position respective de la Terre, de la Lune et du Soleil comme l'alternance jour/nuit, les saisons, les phases de la Lune et les éclipses.

prerequisPrérequis

TP en relation avec les cours :


Documents

Documents

Le matériel nécessaire revient à peu près à 10 € par maquette.

remarqueRemarque

La visserie (vis, rondelles, écrous) est de diamètre 5 mm sauf avis contraire (tige T5).

remarqueRemarque

Les têtes des vis T2, T3 (et éventuellement T4 si c'est une vis) doivent être de préférence fraisées si les trous des pattes de fixation sont fraisés. Sinon, choisir des têtes dont la face côté filetage est plate (têtes hexagonales, cylindriques...).

materiel.jpg
Matériel nécessaire à la construction de la Maquette

Déroulement


Construction de la maquette

Coupe de la maquette
images/maquetteSTL.jpg
Coupe schématique de la maquette.
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Noël Robichon
reglage1.jpg
Détail de montage à l'étape 6.
reglage2.jpg
Réglage final de la hauteur de la Lune.
maquette.jpg
Une maquette
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Noël Robichon

La maquette est finie et permettra d'illustrer le mécanisme des saisons, des éclipses, la précession des équinoxes, le cycle du Saros...


Utilisation : jour et nuit

Poser une lampe à environ un mètre de la maquette et de manière à ce qu'elle soit dans le plan de révolution de la Terre (à la même hauteur). Faire le maximum d'obscurité dans la pièce.

Matérialiser l'orbite de la Terre autour du Soleil par un cercle autour de la lampe et y indiquer la position du point vernal et éventuellement la position des constellations zodiacales. La Terre pourra ainsi être déplacée sur le cercle au cours de son trajet annuel en maintenant l'intersection du plan équatorial et de l'écliptique parallèle à la direction Soleil-point vernal.

Pour étudier la durée des jours au cours de l'année en fonction de la latitude prendre une épingle et un petit morceau de bristol circulaire de quelques centimètres de diamètre que l'on fixera sur la boule de polystyrène représentant la Terre. Le morceau de papier représentera l'horizon à l'endroit où sera plantée l'épingle et l'ombre de l'épingle sur le papier sera comparable à l'ombre d'un gnomon planté dans le sol. On pourra ainsi représenter directement la hauteur et la position du Soleil dans le ciel au cours d'une journée et au cours de l'année. On pourra ainsi vérifier, par exemple, que le Soleil se lève plutôt au nord-est en été et au sud-est en hiver à la latitude de Paris. On pourra également regarder ce qui se passe aux pôles ou à l'équateur.

horizon1.jpg
Matérialisation de l'horizon en un point de la Terre.
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Matérialisation de l'horizon en un point de la Terre. L'ombre de l'épingle permet de connaître la direction du Soleil et sa hauteur au dessus de l'horizon.

La différence entre jour sidéral et jour solaire se montre facilement en combinant le mouvement diurne et le mouvement annuel de la Terre. On voit ainsi qu'en un point de la Terre, une étoile se retrouvera au méridien plus rapidement que le Soleil.


Phases de la lune et éclipses

En faisant tourner la Lune autour de la Terre, les phases sont clairement visibles. La maquette est utile pour se rendre compte des moments de la journée où l'on peut voir ces différentes phases (toute la nuit pour la pleine Lune, l'après-midi et le début de nuit pour un premier quartier...).

Il y a éclipse lorsque la ligne des noeuds de la Lune (intersection du plan d'orbite de la Lune avec l'écliptique) est alignée avec la direction Terre-Soleil. Il ne peut donc pas y avoir éclipse tout les mois. On vérifiera aisément qu'une éclipse de Soleil ne peut se produire qu'à la nouvelle Lune et qu'une éclipse de Lune ne peut se produire que lors d'une pleine Lune. De même, il est évident avec la maquette qu'une éclipse de Soleil est un phénomène local pour un observateur situé à un endroit privilégié alors qu'une éclipse de Lune est un phénomène global visible de n'importe quel endroit où l'on voit la Lune.

eclipse.jpg
Maquette mise en configuration d'éclipse de Soleil.

Il est également possible d'illustrer la précession des équinoxes en modifiant la position du point γ le long des constellations zodiacales.


Utilisation de la maquette

exerciceQuestions générales

Difficulté :    Temps : 10 minutes

Question 1)

Dans quel sens tourne la Terre sur elle-même, la Lune autour de la Terre et la Terre autour du Soleil ?

Question 2)

Avec une Terre de 10 cm de diamètre, quels doivent être le diamètre de la Lune, du Soleil, la distance Terre-Lune et la distance Terre-Soleil pour que la maquette soit à l'échelle ?


Utilisation de la maquette jour et saison

exerciceDurée des jours au cours des saisons

Difficulté :    Temps : 15 minutes

Question 1)

Dessiner le tropique du Cancer et les cercles polaires.

Question 2)

Quelle est la durée du jour aux pôles ?

Question 3)

Quelle est approximativement la durée des jours en France ?

Question 4)

Dans quelles directions le Soleil se lève-t-il et se couche-t-il en France ?

Question 5)

Dessiner le tropique du Capricorne.

Question 6)

Quelle est la durée du jour aux pôles ?

Question 7)

Quelle est approximativement la durée des jours en France ?

Question 8)

Dans quelles directions le Soleil se lève-t-il et se couche-t-il en France ?

Question 9)

Quelle est la durée des jours en France et à l'équateur ? Qu'en conclure ?

Question 10)

Dans quelles directions le Soleil se lève-t-il et se couche-t-il en France ?

Question 11)

Quelle est la durée des jours aux différentes latitudes ?

Question 12)

Dans quelles directions le Soleil se lève-t-il et se couche-t-il en France ?


Utilisation de la maquette : phases de la Lune

exercicePhases de la Lune

Difficulté :    Temps : 10 minutes

Question 1)

De quelles régions de la Terre voit-on la Pleine Lune ?

Question 2)

Que peut-on dire des positions de la pleine Lune à minuit en France aux solstices d'été et d'hiver ?

Question 3)

De quelles régions de la Terre voit-on le premier quartier ?

Question 4)

Où se situe le premier quartier par rapport au Soleil ?

Question 5)

De quelles régions de la Terre voit-on le dernier quartier ?

Question 6)

Où se situe le dernier quartier par rapport au Soleil ?

Question 7)

De quelles régions de la Terre voit-on la nouvelle Lune ?

Question 8)

Où se situe la nouvelle Lune par rapport au Soleil ?


Utilisation de la maquette : éclipses

exerciceÉclipses

Difficulté :    Temps : 5 min

Question 1)

Pourquoi n'y a-t-il pas éclipse tous les mois ?

Question 2)

Créer une éclipse de Soleil.

Question 3)

Créer une éclipse de Lune

Question 4)

Quelle est la différence fondamentale entre une éclipse de Lune et une éclipse de Soleil ?


Conclusion

conclusionConclusion

Cette maquette de conception simple est idéale pour expliquer qualitativement et d'un point de vue extérieur les phénomènes célestes liés aux mouvements relatifs de la Terre, du Soleil et de la Lune. Elle illustre un certains nombre de concepts comme les plans de l'équateur et de l'écliptique, les méridiens, la ligne des nœuds, le point vernal...

Pour avoir une compréhension locale des phénomènes illustrés par cette maquette, on pourra également réaliser le TP sur le calendrier de la Poste, qui est un parfait complément de celui-ci.


Réponses aux exercices

pages_tp-maquette-stl/stl-exo-utilisation-maquette.html

Exercice 'Questions générales'


pages_tp-maquette-stl/stl-exo-maquette-jour-saison.html

Exercice 'Durée des jours au cours des saisons'


pages_tp-maquette-stl/stl-exo-maquette-phases-lune.html

Exercice 'Phases de la Lune'


pages_tp-maquette-stl/stl-exo-maquette-eclipses.html

Exercice 'Éclipses'