Lumière et Lumière et ombres ombres

CM1CM1

Le gnomonLe gnomonEtre capable de formuler:Etre capable de formuler: L’ombre du gnomon se déplace d’ouest en est au cours de L’ombre du gnomon se déplace d’ouest en est au cours de

la journée. la journée. La longueur de l’ombre au sol décroît le matin et croît La longueur de l’ombre au sol décroît le matin et croît

l’après-midi. Elle est la plus courte entre 13h et 14h.l’après-midi. Elle est la plus courte entre 13h et 14h. L’ombre au sol du gnomon se déplace au cours de la L’ombre au sol du gnomon se déplace au cours de la

journée parce que la Terre se déplace par rapport au journée parce que la Terre se déplace par rapport au Soleil. Le Soleil, le gnomon et l’ombre restent toujours Soleil. Le Soleil, le gnomon et l’ombre restent toujours alignés.alignés.

L’ombre du gnomon est un triangle. La taille de l’ombre au L’ombre du gnomon est un triangle. La taille de l’ombre au sol dépend de l’angle entre le sol et les rayons du Soleil.sol dépend de l’angle entre le sol et les rayons du Soleil.Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre le sol et Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre le sol et les rayons est petit, l’ombre du gnomon est longue. les rayons est petit, l’ombre du gnomon est longue. Quand le soleil est haut dans le ciel, l’angle entre le sol et Quand le soleil est haut dans le ciel, l’angle entre le sol et les rayons est grand, l’ombre du gnomon est courte. les rayons est grand, l’ombre du gnomon est courte.

Observer et représenter la réalité. Réaliser un modèle 3D, Observer et représenter la réalité. Réaliser un modèle 3D, proposer une explication plausible.proposer une explication plausible.

EtapesEtapes

Relever les ombres portées dans la courRelever les ombres portées dans la cour Dessiner et formuler les observationsDessiner et formuler les observations Situation problèmeSituation problème Réaliser une maquette pour reproduire Réaliser une maquette pour reproduire

le type d’ombresle type d’ombres Direction de l’ombre: schématiser puis Direction de l’ombre: schématiser puis

formulerformuler Taille de l’ombre: schématiser puis Taille de l’ombre: schématiser puis

formulerformuler

Situation déclenchanteSituation déclenchante

En classe, les élèves sont éblouis par les En classe, les élèves sont éblouis par les rayons du soleil: il faut tirer certains rayons du soleil: il faut tirer certains rideaux. rideaux.

Mais l’ombre formée par les rideaux bouge, Mais l’ombre formée par les rideaux bouge, il faut sans cesse décaler les fenêtres il faut sans cesse décaler les fenêtres occultées.occultées.

Question: Question:

Pourquoi l’ombre des rideaux se déplace-t-Pourquoi l’ombre des rideaux se déplace-t-elle au cours de la journée ?elle au cours de la journée ?

Relever des ombresRelever des ombres

Piquer un « gnomon » (pique à brochette, …) Piquer un « gnomon » (pique à brochette, …) dans une plaque de mousse rectangulaire.dans une plaque de mousse rectangulaire.

Choisir un endroit dégagé, si possible le long Choisir un endroit dégagé, si possible le long d’un marquage au sol pour reproduire d’un marquage au sol pour reproduire l’expérience dans les mêmes conditions, l’expérience dans les mêmes conditions, orienter la plaque de mousse avec une orienter la plaque de mousse avec une boussole (noter E, S, O,N).boussole (noter E, S, O,N).

Relever la position de l’ombre en repassant Relever la position de l’ombre en repassant au crayon sur l’ombre portée toutes les au crayon sur l’ombre portée toutes les heures, noter l’heure sur la plaque.heures, noter l’heure sur la plaque.

Relever des ombresRelever des ombres Relever la position de l’ombre en repassant au crayon sur Relever la position de l’ombre en repassant au crayon sur

l’ombre portée toutes les heures, noter l’heure sur la plaque.l’ombre portée toutes les heures, noter l’heure sur la plaque.

Dessiner et formuler les Dessiner et formuler les observationsobservations

En fin de journée, reproduire les ombres En fin de journée, reproduire les ombres observées dans le cahier (vue de haut). observées dans le cahier (vue de haut).

Rédiger une phrase décrivant la variation Rédiger une phrase décrivant la variation des ombres au cours de la journée.des ombres au cours de la journée.

Mots clés: est, ouest, croître, décroître.Mots clés: est, ouest, croître, décroître.

L’ombre du gnomon se déplace d’ouest en est au cours de la journée. L’ombre du gnomon se déplace d’ouest en est au cours de la journée. La longueur de l’ombre au sol décroît le matin et croît l’après-midi. Elle est la La longueur de l’ombre au sol décroît le matin et croît l’après-midi. Elle est la

plus courte vers …. H.plus courte vers …. H.

Hypothèse: terminer la phraseHypothèse: terminer la phraseApparemment, ….Apparemment, ….

Dessiner et formuler les Dessiner et formuler les observationsobservations

Situation problèmeSituation problème

Comment expliquer les observations Comment expliquer les observations réalisées ?réalisées ?

- Qu’est-ce qui fait varier la direction - Qu’est-ce qui fait varier la direction d’une ombre ?d’une ombre ?

- Qu’est-ce qui fait varier la taille - Qu’est-ce qui fait varier la taille d’une ombre ?d’une ombre ?

EtapesEtapes

Relever les ombres portées dans la courRelever les ombres portées dans la cour Dessiner et formuler les observationsDessiner et formuler les observations Situation problèmeSituation problème Réaliser une maquette pour reproduire Réaliser une maquette pour reproduire

le type d’ombresle type d’ombres Direction de l’ombre: schématiser puis Direction de l’ombre: schématiser puis

formulerformuler Taille de l’ombre: schématiser puis Taille de l’ombre: schématiser puis

formulerformuler

Réaliser une maquette pour Réaliser une maquette pour reproduire les ombresreproduire les ombres

Que faut-il pour reproduire l’expérience en classe ?Que faut-il pour reproduire l’expérience en classe ?

Une plaque avec un gnomon.Une plaque avec un gnomon. Une source lumineuse pour modéliser la Soleil. Une source lumineuse pour modéliser la Soleil.

(lampe sur pied ou lampe de poche).(lampe sur pied ou lampe de poche).

Attention, ce choix influencera les expérimentations. Attention, ce choix influencera les expérimentations. Avec une lampe sur pied, les élèves auront tendance Avec une lampe sur pied, les élèves auront tendance à déplacer le gnomon par rapport au Soleil (repère à déplacer le gnomon par rapport au Soleil (repère héliocentrique). Avec une lampe de poche ,ils auront héliocentrique). Avec une lampe de poche ,ils auront tendance à déplacer le Soleil par rapport au gnomon tendance à déplacer le Soleil par rapport au gnomon (repère géocentrique).(repère géocentrique).

Reprendre la plaque avec les traits d’ombres réalisés Reprendre la plaque avec les traits d’ombres réalisés dans la cour.dans la cour.

Direction de l’ombre: Direction de l’ombre: expérimentation, expérimentation, schématisationschématisation

Consigne: Manipulez votre maquette pour que Consigne: Manipulez votre maquette pour que l’ombre du gnomon suive les directions tracées à 9h, l’ombre du gnomon suive les directions tracées à 9h, 10h, etc … sur la plaque.10h, etc … sur la plaque.

Expérimentation par groupes.Expérimentation par groupes.

Comment faire varier la direction de l’ombre ?Comment faire varier la direction de l’ombre ?

Réalisez un schéma de votre proposition.Réalisez un schéma de votre proposition.Dessinez la maquette à 9h, 14h et 16h. Montrez bien ce Dessinez la maquette à 9h, 14h et 16h. Montrez bien ce

qui change.qui change.Codage: comment indiquer un mouvement ?Codage: comment indiquer un mouvement ? Par une Par une flèche.flèche.

Direction de l’ombre: Direction de l’ombre: expérimentation, expérimentation, schématisationschématisation

Direction de l’ombre: Direction de l’ombre: expérimentation, expérimentation, schématisationschématisation

FormulationFormulationSous le schéma, écrivez une phrase explicative. Sous le schéma, écrivez une phrase explicative. Mots clés: source lumineuse, plaque, ombre, est, ouest, alignerMots clés: source lumineuse, plaque, ombre, est, ouest, aligner

Exemples: Exemples: L’ombre se déplace d’ouest en est quand on déplace la plaque d’ouest en L’ombre se déplace d’ouest en est quand on déplace la plaque d’ouest en

est. On aligne l’ombre avec le Soleil.est. On aligne l’ombre avec le Soleil.On fait tourner la plaque d’ouest en est, la source lumineuse est immobile.On fait tourner la plaque d’ouest en est, la source lumineuse est immobile.On déplace la source lumineuse d’est en ouest, devant la plaque.On déplace la source lumineuse d’est en ouest, devant la plaque.

Mise en commun: formulation orale de la solution proposée par chaque Mise en commun: formulation orale de la solution proposée par chaque groupe.groupe.

Faire observer l’alignement source lumineuse – gnomon – ombreFaire observer l’alignement source lumineuse – gnomon – ombre

Trace de la classe + schémas correspondant aux deux dernières phrases:Trace de la classe + schémas correspondant aux deux dernières phrases:La source lumineuse, le gnomon et l’ombre restent toujours La source lumineuse, le gnomon et l’ombre restent toujours

alignés. alignés. L’ombre bouge dès que le gnomon bouge ou que la source L’ombre bouge dès que le gnomon bouge ou que la source

lumineuse bouge.lumineuse bouge.L’ombre se déplace dans le même sens que le gnomon.L’ombre se déplace dans le même sens que le gnomon.L’ombre se déplace en sens inverse de la source lumineuse.L’ombre se déplace en sens inverse de la source lumineuse.

FormulationFormulation

FormulationFormulation

Taille de l’ombre: Taille de l’ombre: expérimentationexpérimentation

Comment varie la taille de l’ombre ?Comment varie la taille de l’ombre ?

Consigne: Consigne:

Manipulez votre maquette pour allonger Manipulez votre maquette pour allonger l’ombre au sol. l’ombre au sol.

Essayez ensuite de la raccourcir.Essayez ensuite de la raccourcir.

Schématisation et Schématisation et formulation personnelleformulation personnelle

Expliquez comment vous avez fait en complétant le Expliquez comment vous avez fait en complétant le second schéma.second schéma.

Ecrivez une phrase d’explicationEcrivez une phrase d’explication

ombre courteombre courte ombre allongéeombre allongée

L’ombre est allongée quand la source lumineuse est L’ombre est allongée quand la source lumineuse est basse.basse.

sol sol

gnomon gnomon

Schématisation et Schématisation et formulation personnelleformulation personnelle

Formulation en terme d’angle: Formulation en terme d’angle: lien avec les mathématiqueslien avec les mathématiques

Visualiser le Visualiser le triangle d’ombretriangle d’ombre grâce à une feuille de papier placée derrière grâce à une feuille de papier placée derrière le gnomon.le gnomon.

Retrouver le triangle d’ombre sur les schémas et le colorier au crayon de Retrouver le triangle d’ombre sur les schémas et le colorier au crayon de papier.papier.

Faire marquer Faire marquer l’angle entre le sol et les rayons lumineuxl’angle entre le sol et les rayons lumineux sur les deux sur les deux schémas.schémas.

Quel angle est le plus grand ? Comparaison: gabarit, papier calque …Quel angle est le plus grand ? Comparaison: gabarit, papier calque …L’angle le plus grand est celui du premier schéma.L’angle le plus grand est celui du premier schéma.

Formulation: Formulation: De quoi dépend la taille de l’ombre au sol? De quoi dépend la taille de l’ombre au sol? Utilisez les mots clés : triangle, angle, sol, rayons.Utilisez les mots clés : triangle, angle, sol, rayons.

L’ombre du gnomon est un triangle. La taille de l’ombre au sol L’ombre du gnomon est un triangle. La taille de l’ombre au sol dépend de l’angle entre les rayons lumineux et le sol. Plus l’angle dépend de l’angle entre les rayons lumineux et le sol. Plus l’angle est grand, plus l’ombre est courte.est grand, plus l’ombre est courte.

En milieu de journée, quand le soleil est haut dans le ciel, l’angle En milieu de journée, quand le soleil est haut dans le ciel, l’angle entre les rayons et le sol est grand, l’ombre du gnomon est entre les rayons et le sol est grand, l’ombre du gnomon est courte. courte.

Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre les rayons et le sol Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre les rayons et le sol est petit, l’ombre du gnomon est longue. est petit, l’ombre du gnomon est longue.

Formulation en terme d’angle: Formulation en terme d’angle: lien avec les mathématiqueslien avec les mathématiques