Transcript Lumière et ombres CM1 - Académie de Nancy-Metz

Lumière et ombres
CM1
Le gnomon
Etre capable de formuler:
 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 plus courte entre 13h et 14h.
 L’ombre au sol du gnomon se déplace au cours de la journée parce que
la Terre se déplace par rapport au Soleil. Le Soleil, le gnomon et
l’ombre restent toujours alignés.
 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.
Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre le sol et les rayons est
petit, l’ombre du gnomon est longue.
Quand le soleil est haut dans le ciel, l’angle entre le sol et les rayons est
grand, l’ombre du gnomon est courte.
Observer et représenter la réalité. Réaliser un modèle 3D, proposer une
explication plausible.
Etapes






Relever les ombres portées dans la cour
Dessiner et formuler les observations
Situation problème
Réaliser une maquette pour reproduire le
type d’ombres
Direction de l’ombre: schématiser puis
formuler
Taille de l’ombre: schématiser puis formuler
Situation déclenchante
En classe, les élèves sont éblouis par les rayons du
soleil: il faut tirer certains rideaux.
Mais l’ombre formée par les rideaux bouge, il faut
sans cesse décaler les fenêtres occultées.
Question:
Pourquoi l’ombre des rideaux se déplace-t-elle au
cours de la journée ?
Relever des ombres



Piquer un « gnomon » (pique à brochette, …) dans une
plaque de mousse rectangulaire.
Choisir un endroit dégagé, si possible le long d’un
marquage au sol pour reproduire l’expérience dans les
mêmes conditions, orienter la plaque de mousse avec
une boussole (noter E, S, O,N).
Relever la position de l’ombre en repassant au crayon
sur l’ombre portée toutes les heures, noter l’heure sur la
plaque.
Relever des ombres

Relever la position de l’ombre en repassant au crayon sur l’ombre
portée toutes les heures, noter l’heure sur la plaque.
Dessiner et formuler les observations
En fin de journée, reproduire les ombres observées
dans le cahier (vue de haut).
 Rédiger une phrase décrivant la variation des ombres au
cours de la journée.
Mots clés: est, ouest, croître, décroître.

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
plus courte vers …. H.
Hypothèse: terminer la phrase
Apparemment, ….

Dessiner et formuler les observations
Situation problème

Comment expliquer les observations réalisées ?
- Qu’est-ce qui fait varier la direction d’une
ombre ?
- Qu’est-ce qui fait varier la taille d’une ombre ?
Etapes






Relever les ombres portées dans la cour
Dessiner et formuler les observations
Situation problème
Réaliser une maquette pour reproduire le
type d’ombres
Direction de l’ombre: schématiser puis
formuler
Taille de l’ombre: schématiser puis formuler
Réaliser une maquette pour
reproduire les ombres
Que faut-il pour reproduire l’expérience en classe ?
Une plaque avec un gnomon.
Une source lumineuse pour modéliser la Soleil. (lampe sur pied
ou lampe de poche).
Attention, ce choix influencera les expérimentations. Avec une
lampe sur pied, les élèves auront tendance à déplacer le gnomon
par rapport au Soleil (repère héliocentrique). Avec une lampe de
poche ,ils auront tendance à déplacer le Soleil par rapport au
gnomon (repère géocentrique).
Reprendre la plaque avec les traits d’ombres réalisés dans la cour.
Direction de l’ombre:
expérimentation, schématisation

Consigne: Manipulez votre maquette pour que l’ombre du
gnomon suive les directions tracées à 9h, 10h, etc … sur la
plaque.

Expérimentation par groupes.

Comment faire varier la direction de l’ombre ?
Réalisez un schéma de votre proposition.
Dessinez la maquette à 9h, 14h et 16h. Montrez bien ce qui change.
Codage: comment indiquer un mouvement ? Par une flèche.
Direction de l’ombre:
expérimentation, schématisation
Direction de l’ombre:
expérimentation, schématisation
Formulation
Sous le schéma, écrivez une phrase explicative.
Mots clés: source lumineuse, plaque, ombre, est, ouest, aligner
Exemples:
L’ombre se déplace d’ouest en est quand on déplace la plaque d’ouest en est. On aligne
l’ombre avec le Soleil.
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.
Mise en commun: formulation orale de la solution proposée par chaque groupe.
Faire observer l’alignement source lumineuse – gnomon – ombre
Trace de la classe + schémas correspondant aux deux dernières phrases:
La source lumineuse, le gnomon et l’ombre restent toujours alignés.
L’ombre bouge dès que le gnomon bouge ou que la source lumineuse bouge.
L’ombre se déplace dans le même sens que le gnomon.
L’ombre se déplace en sens inverse de la source lumineuse.
Formulation
Formulation
Taille de l’ombre: expérimentation
Comment varie la taille de l’ombre ?
Consigne:
Manipulez votre maquette pour allonger l’ombre au sol.
Essayez ensuite de la raccourcir.
Schématisation et formulation
personnelle
Expliquez comment vous avez fait en complétant le second schéma.
Ecrivez une phrase d’explication
sol
sol
gnomon
ombre courte
gnomon
ombre allongée
L’ombre est allongée quand la source lumineuse est basse.
Schématisation et formulation
personnelle
Formulation en terme d’angle:
lien avec les mathématiques
Visualiser le triangle d’ombre grâce à une feuille de papier placée derrière le gnomon.
Retrouver le triangle d’ombre sur les schémas et le colorier au crayon de papier.
Faire marquer l’angle entre le sol et les rayons lumineux sur les deux schémas.
Quel angle est le plus grand ? Comparaison: gabarit, papier calque …
L’angle le plus grand est celui du premier schéma.
Formulation: De quoi dépend la taille de l’ombre au sol?
Utilisez les mots clés : triangle, angle, sol, rayons.
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 est grand, plus
l’ombre est courte.
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 courte.
Quand le soleil est bas dans le ciel, l’angle entre les rayons et le sol est petit,
l’ombre du gnomon est longue.
Formulation en terme d’angle:
lien avec les mathématiques