Mesure de la hauteur du Soleil au 1/10 degré

FICHE TECHNIQUE : 

REALISER UN APPAREIL DE MESURE DIRECTE DE LA HAUTEUR DU SOLEIL

Alain ROBERT

Programme : Construire et utiliser un appareil de mesure de la hauteur du soleil sur l'horizon donnant le 1/10ème de degré par lecture directe.

Principe : chambre noire avec réticule, lecture directe sur rapporteur au 1/10ème de degré.

Idée : Faire réaliser cet appareil par les élèves, puis l'utiliser pour suivre le soleil au cours de la journée, de l'année ou pour mesurer la circonférence terrestre 

Matériel de base : plaque de contreplaqué, tube PVC, vis, colle, photocopie.

 

 

 

Réalisation :

Dans un tube de PVC de 40 ou 50 mm de diamètre (tube utilisé en plomberie pour les évacuations d'eau usée), découpez deux morceaux de longueur 200 mm et 600 mm.

Sur le tube de 600 mm tracez, à l'aide d'un feutre indélébile, 4 génératrices régulièrement espacées :
(si la couleur du tube ne permet pas de réaliser un tracé bien visible, collez deux bandes d'adhésif blanc à proximité des extrémités du tube).

Placez une feuille A4 autour du tube Marquez sur la feuille des repères correspondants à la circonférence du tube Tracez la ligne joignant ces repères
Divisez en 4 la bande ainsi délimitée Tracez les lignes de séparation des 4 bandes Replacez la feuille sur le tube
Marquez sur le tube les repères correspondants aux 4 bandes Enlevez la feuille Tracez sur le tube, à l'aide d'un feutre fin indélébile, les 4 génératrices

 Dans une plaque de contreplaqué de 15 mm d'épaisseur, découpez et percez la pièce ci-dessous :

Agrandissez l'entrée du trou de 8 mm de diamètre pour pouvoir y introduire la tête d'une vis de 8 mm de diamètre et de 80 mm de long (la tête de vis ne doit pas dépasser de la surface de la plaque).

Copiez le fichier cadre.jpg et imprimez-le en format A3. Si votre imprimante se limite au format A4, copiez les fichiers cadre1.jpg et cadre2.jpg, imprimez-les et raccordez-les pour obtenir le cadran.

Plastifiez le cadran (plastique adhésif) et collez-le sur la plaque de contreplaqué (après avoir mis la vis en place) en vérifant que le centre du rapporteur se trouve au bon endroit (à 30 mm des bords). Au centre du rapporteur percez un trou d'1 mm de diamètre (pour passer le fil à plomb N° 2).

 Dans un tasseau carré de côté 40 mm, découpez un morceau d'environ 300 mm de long. Percez-y 2 trous de 8 mm de diamètre, l'un (traversant) à 50 mm d'une extrémité, l'autre d'environ 80 mm de profondeur au milieu de l'autre extrémité. Fixez le tasseau sur l'envers du rapporteur.

Nota : le deuxième trou peut faire 8, 10 ou 12 mm de diamètre en fonction du système adopté pour le pied (voir la réalisation du pied)

De chaque côté du rapporteur, fixez une équerre de chaise à l'aide de vis à bois, percez le tube de PVC de 600 mm de long pour pouvoir y fixer l'autre branche des équerres (trous d'environ 6 mm de diamètre). Installez les vis avec les écrous à ailettes, l'écrou normal et une rondelle (voir photo) puis fixez le tube sur les équerres.

Astuce : pour placer le dernier écrou à l'intérieur du tube, fixez-le sur la clef à l'aide de ruban adhésif (voir photos).

 

 Préparez deux disques de 39 ou 49 mm de diamètre suivant le diamètre de votre tube (40 ou 50 mm), l'un en métal fin (récupéré par exemple sur le flan d'une canette de boisson en aluminium) percé en son centre d'un trou d'1 mm de diamètre, l'autre en papier calque sur lequel vous tracerez deux diamètres perpendiculaires.

Percez l'un des manchons de 2 trous d'1 mm de diamètre, fixez-y un fil d'environ 800 mm de long terminé par un objet dense (fil à plomb N° 1), placez le manchon sur le tube, côté centre du rapporteur en intercalant entre le tube et le manchon la plaque de métal. Le départ du fil à plomb N° 1 doit être aligné avec l'extrémité d'une des génératrices tracée sur le tube.

Installez le fil à plomb N° 2 sur le rapporteur :

Réglage :

Introduisez une tige d'acier de 8, 10 ou 12 mm de diamètre dans le tasseau (en fonction diamètre du trou que vous avez percé), fixez cette dernière sur un support de physique ou sur tout autre pied stable, orientez l'appareil pour que le fil à plomb N°1 coïncide avec la génératrice tracée sur le tube, puis en vous servant des écrous à ailettes, modifiez la position du tube pour que le fil à plomb N° 2 soit sur la graduation 90°

Sur la deuxième extrémité du tube, placez le papier calque, le deuxième manchon et le tube de 200 mm de long

 

Votre appareil est terminé :

Utilisation :

Placez l'appareil sur son support, orientez le tube vers le soleil.

En regardant dans le tube de 200 mm, vous verrez l'image du soleil. Affinez la position du tube en centrant cette image sur le réticule, puis lisez la hauteur angulaire du soleil sur le rapporteur :

Orientez le tube pour centrer l'image du soleil sur le réticule Mesure à Ingré le 23/05/2004 à midi solaire : 62,7°

Pistes pédagogiques :

Suivre la trajectoire du Soleil au cours de la journée

Comparer la hauteur du Soleil lors du passage au méridien à différents moments de l'année

Mesurer, en association avec un autre établissement scolaire,  la circonférence terrestre en s'inspirant de la méthode d'Eratosthène.

Toutes ces pistes pédagogiques sont décrites dans le livre "Mesurer la Terre est un jeu d'enfant" (Fondation des Treilles, Editions Le Pommier)

D'autres renseignements sont disponibles sur internet :

Les mesures à la mode d'Eratosthène :

http://www.educnet.education.fr/phy/interpc/eratos.htm

La main à la pâte :

 http://www.inrp.fr/lamap/accueil.html