Le temps et sa mesure

(1)

Le temps et sa mesure P7 ^C ^H ^A ^PI ^T ^R ^E

1- Phénomènes astronomiques et rythme de la vie

Les calendriers sont basés sur des phénomènes périodiques naturels. Ils comprennent les jours, les mois et les années.

1-1 Année

An sidéral, année tropique

La Terre parcourt, dans le sens inverse des aiguilles d´une montre, une orbite quasi circulaire autour du Soleil, dans un plan (plan de l’écliptique). La durée moyenne de l'année tropique est 365,242 2 j (365 j 5 h 48 mn 46 s.)

Les saisons

Láxe de rotation de la Terre nést pas normal au plan de l´écliptique. Cette inclinaison, de 23° 26', est à lórigine des variations de la durée des jours et des nuits ainsi que des saisons. Le plan normal à láxe de rotation terrestre coupant en deux hémisphères la sphère terrestre sáppelle plan équatorial terrestre. Líntersection de ce plan avec la Terre est l´équateur terrestre.

1-2 Mois

La durée d’une rotation complète de la lune autour de la terre est de 29,5 jours; à cette durée correspond le mois lunaire. Le mois lunaire fut abandonné car une année ne contient pas un nombre entier de cycles lunaires.

(saisons pour l’hémisphère Nord)

Thierry CHAUVET Seconde Sciences Physiques au Lycée

(2)

Les cycles lunaires :

1-3 Jour

Jour solaire : durée qui sépare deux passages successifs du Soleil par le plan méridien du lieu d'observation.

1 jour (solaire) = 24 h ; 1 h = 60 min ; 1 min = 60 s (la seconde était définie comme à peu près la période des pulsations cardiaques au repos, facilement comptables, d’ou la création du système sexagésimal pour diviser l'heure en minutes et secondes égales et entières)

Jour sidéral : La Terre tourne sur elle-même, autour de l´axe des pôles, d´ouest en est en 23 h 56 min 4 s (1 jour sidéral).

1-4 Le calendrier grégorien (1582)

Le calendrier grégorien comporte des années de 365 jours, avec une année bissextile de 366 jours tous les 4 ans.

Le jour rajouté fut le 24 février, 6^ème jour avant les calendes de Mars. Les années qui comportaient un tel redoublement furent appelées années bissextiles (de bisextus, «sixième redoublé»).

Le début de l'année, qui était fixé jusqu'alors au 1^er mars, fut ramené au 1er janvier : d'où l'explication des noms des quatre derniers mois de l'année : septembre, octobre, novembre et décembre.

Avec 365,25 jours au lieu de 365,242 2 jours, il se produit un décalage des saisons (0,78 jours par siècle). Pour serrer de plus près la réalité, on supprime trois années bissextiles séculaires sur quatre : seules sont bissextiles les années séculaires dont le millésime est un multiple de 400 (1 600, 2 000, 2 400 ... ).

L’année correspond alors à une durée moyenne de 365,242 5 jours. Il subsiste donc encore un décalage de 3 jours en 10 000 ans…….

Premier quartier de lune

Dernier quartier de lune

Soleil

Nouvelle lune

Pleine lune

(3)

2- Mesure d’une durée

2-1 Phénomènes périodiques

Définition : phénomène qui se reproduit identique à lui-même au cours du temps, à intervalles de temps réguliers.

Période : plus petite durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même. on la note T (mesurée en s)

Fréquence : inverse de la période : f =

T1 en hertz (Hz) si T en s

2-2 Se repérer dans le temps : Quelques dispositifs : Comment diviser la journée, et définir l’heure, la seconde ?

Epoque d’utilisation

Phénomène utilisé

Gnomon, Cadran solaire

3000 av JC Déplacement d’une ombre

Clepsydre Egyptiens,

grecs

Ecoulement de l’eau

Sablier ‘’ Ecoulement du sable

Horloge balancier 1650 Oscillations d’un pendule

(voir TP)

Chronomètre, montre

1750 Oscillations d’un ressort

Montre à quartz 1970 Vibrations d’un quartz

(4)

3- Quelques dispositifs permettant la mesure d'une durée

3-1 Horloge

Qu'elle soit mécanique, à quartz ou atomique, une horloge comprend trois éléments:

- un oscillateur associé à un régulateur, dont le rôle est de fixer l'étalon de durée grâce à un système périodique;

- une source d'énergie qui permet d'entretenir le mouvement;

- un dispositif de transmission et d'affichage de l'heure.

Actuellement l'horloge atomique est l'instrument de mesure de durée le plus précis; elle sert à définir la seconde et utilise le rayonnement émis par un atome de césium 137.

3-2 Oscilloscope

Lorsque la période du phénomène étudié est de courte durée, un oscilloscope ou un ordinateur muni d'une interface d'acquisition permet de mesurer la valeur de la période.

Sensibilité verticale : détermine la valeur d’une division selon la direction verticale

Base de temps : détermine la valeur d’une division horizontale. Permet de trouver la valeur d’une période.

Le temps et sa mesure