STIC:STIC III (2018)/Cadran solaire
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Introduction
La physicalisation est une repérsentation physique des données. Lorsqu'elle est dynamique, elle peut parfois servi d'instrument de mesure, on parle alors d'instrumentation,
C'est le cas ici avec un cadran solaire. L'ombre projeté du gnomon (appelé aussi style) permet d'avoir une physicalisation de l'heure et du temps qui passe avec la rotation terrestre. Les premiers cadrans solaire avec indication des heures datent de la Grèce antique.
Il existe plusieurs types de cadrans solaire, on peut les classer en trois catégories:
- Le cadran vertical, fixé sur un mur, le gnomon étant orthogonal au mur.
- Le cadran horizontal, posé à plat sur le sol, le gnomon étant orthogonal au sol.
- Le cadran équatorial dont la table (le plan indiquant l'heure) est parallèle au plan de l'équateur, le gnomon se trouve alors incliné par rapport au plan horizontal d'un angle égal à la latitude du lieu.
Le cadran solaire proposé ici est de type équatorial, il est le plus intéressant du point de vue pédagogique pour son côté paramétrable.
Terminologie:
Un cadran est constitué d'une table et d'un gnomon (ou style).
La table est le cadran sur lequel est projeté l'ombre du gnomon et permet d'indiquer l'heure. Les tables sont généralement plane (comme celui de ce modèle) mais peuvent être de diverses formes (cylindrique, sphérique,...).
Le gnomon ou style est la "tige" dont l'ombre crée par la lumière du soleil est projetée sur la table.
Principes de fonctionnement
La table du cadran solaire équatorial est placé en parallèle du plan de l'équateur. Le gnomon planté orthogonalement au plan de la table est orienté selon l'axe longitudinal, l'angle formé par l'intersection du gnomon et le plan tangentiel à la position du cadran solaire sur le globe terrestre est donc égal à la latitude.L'avantage du cadran solaire équatorial est que toutes les heures sur la table forment un angle de 15° entre elles.
Pour pouvoir utiliser ce cadran, il convient donc de connaître l'orientation nord-sud ainsi que la latitude du lieu. Il faut incliner la table du cadran d'un angle de 90°- la latitude et orienter la pointe supérieure du gnomon vers le nord (sa pointe inférieure sera donc dirigée vers le sud).
La table dans ce projet est sous la forme d'un disque et peut pivoter autour de l'axe du gnomon, il est donc possible de régler l'heure selon l'heure solaire, l'heure d'hiver ou l'heure d'été.
Apport pédagogique
Ce cadran peut avoir plusieurs utilités pédagogiques en tant qu'artefact.
Pour le premier cycle de primaire où l'attention est porté sur l'écoulement du temps et les cycles, les élèves peuvent observer les variations temporelles en fonction de la position du soleil (Plan d'étude romand (PER): MSN 15, MSN 16)
Pour le second cycle primaire, l'étude du système solaire et du globe terrestre font partie de l'enseignement. La paramétrisation du cadran en fonction de sa latitude peut contribuer à la compréhension des différents référentiels entre la position du soleil, le centre de la terre et notre position. Le passage de l'équinoxe est aussi remarquable sur les cadrans équatoriaux. De l'équinoxe de printemps à celui d'automne, la lecture de l'heure s'effectue sur la face supérieure de la table. En revanche, de l'équinoxe d'automne à celui du printemps, la lecture s'effectue sur la face inférieure de la table. Cela est dû à l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre par rapport au plan de l'écliptique (PER: MSN 25 et MSN 26)
Pour les élèves de secondaire II, il est possible d'inviter les élèves à calculer l'inclinaison de la table en fonction de la latitude où la longueur minimale de l'ombre projetée par le gnomon sur la table par calcul trigonométrique.
D'un manière générale, le cadran peut aussi être utilisé dans le cadre de cours d'histoire ou de géographie.
Montage
Le cadran nécessite plusieurs étapes pour être montée. Il peut être décomposé en 3 parties:
- le gnomon et sa table
- le "bras" qui maintient le gnomon et la table
- le support de base sur lequel repose le "bras".
