Réalisation  Clément LIEVRE - photographies de l'auteur, droits réservés

  
1. La quantité d'énergie reçue par la Terre dépend de sa distance au soleil
Principe de l'expérience
Pour montrer que la quantité d'énergie reçue dépend de la distance à la source, on éclairera un globe terrestre avec une lampe halogène. Puis on mesurera avec un capteur à lumière, la quantité d'énergie lumineuse reçue en un point précis du globe. On fera varier la distance entre le globe et la source lumineuse et on comparera les résultats des mesures effectuées.
Protocole expérimental
- Lancer le logiciel "Willie" de Jeulin et choisir le compteur luxmètre.
(il est également possible d'utiliser tout autre logiciel d'EXAO reconnaissant le capteur lumière et affichant la valeur de l'éclairement).
- Placer la lampe halogène à la hauteur du centre du globe terrestre et l'orienter vers le globe.
- Placer le capteur lumière à la surface du globe, au point le plus proche de la lampe et orienté vers celle-ci.
- Mesurer la distance de la lampe au capteur ainsi que la valeur de l'éclairement lue sur l'ordinateur. Si la lampe est trop puissante et que la sonde sature, on peut recouvrir le capteur d'une ou plusieurs épaisseurs de papier calque, ou étiquette autocollante.
- Reporter ces deux mesures dans un tableau.
- Éloigner la lampe et refaire les mesures (on réalisera ainsi une dizaine de mesures différentes).

Résultats

Distance capteur-lampe

éclairement
   
   
   
   
   
Analyse des résultats
On réalisera un graphique montrant la quantité d'énergie reçue en fonction de la distance à la source.
On essaiera de relier cette variation à une loi mathématique.
On s'interrogera sur l'importance de cette variation compte-tenu du fait que l'orbite de la Terre autour du Soleil n'est pas parfaitement circulaire.
    
2. La quantité d'énergie reçue en un lieu de la Terre dépend de l'incidence des rayons lumineux
Principe de l'expérience
Des objets plans de surfaces identiques ne reçoivent pas la même quantité d'énergie suivant qu'ils sont placés perpendiculairement aux rayons lumineux ou plus ou moins inclinés par rapport à ceux-ci.

Pour montrer que la quantité d'énergie reçue dépend de l'incidence des rayons lumineux, on éclairera un globe terrestre avec une lampe halogène. Puis un déplacera un capteur à lumière à la surface du globe tout au long d'un méridien. On comparera les valeurs mesurées depuis le pôle Nord jusqu'au pôle Sud en passant par l'équateur.
Protocole expérimental

- Lancer le logiciel "Willie" de Jeulin et choisir le compteur luxmètre.
- Placer la lampe halogène à la hauteur du centre du globe terrestre et l'orienter vers le globe.
- Placer l'axe de rotation du globe verticalement.
- Placer le capteur lumière à un pôle en veillant à ce que la surface sensible (pastille carrée noire) soit bien parallèle à la surface du globe. On pourra, pour cela, coller une bande de papier blanc sur la tige du capteur pour mieux repérer le plan de la surface sensible.
- Relever la valeur de l'éclairement lue sur l'ordinateur.
- Déplacer le capteur le long du méridien le plus proche de la lampe en s'arrêtant tous les 20° de latitude et en faisant à chaque fois une nouvelle mesure.
- Reporter ces mesures dans un tableau.

Résultats

 

Latitude

éclairement
80° N  
60° N  
40° N  
20° N  
0°  
20° S  
40° S  
60° S  
80° S  
Analyse des résultats
On réalisera un graphique montrant la quantité d'énergie reçue en fonction de la latitude.
On évaluera la proportion d'énergie reçue par nos régions par rapport à l'énergie reçue dans les régions tropicales.
On s'interrogera sur la quantité d'énergie réfléchie et la quantité d'énergie réfractée par l'atmosphère aux différentes latitudes.
    
3. La quantité d'énergie reçue en un lieu de la Terre dépend de la durée d'éclairement
Principe de l'expérience
L'inclinaison de l'axe de la Terre sur son plan de rotation autour du Soleil est responsable de l'existence de saisons. On positionnera le globe par rapport à la lampe halogène de façon à reproduire les quatre saisons de nos latitudes : le printemps, l'été, l'automne et l'hivers. A chaque saison (solstices et équinoxes) on mesurera la longueur du jour et la longueur de la nuit.

Protocole expérimental
 - Placer la lampe halogène à la hauteur du centre du globe terrestre et l'orienter vers le globe.
- Rechercher les positions du globe correspondant aux solstice d'été et d'hivers et aux équinoxe de printemps et d'automne.
- Pour chacune des positions trouvées mesurer la durée du jour et la durée de la nuit pour une région se trouvant par 50° N (nord de la France ou Cornouaille anglaise). On se servira, pour cela, des méridiens.
Résultats

 

 

durée du jour

 durée de la nuit
Équinoxe de printemps    
Solstice d'été    
Équinoxe d'automne    
Solstice d'hivers    
Analyse des résultats
On réalisera un graphique en histogrammes montrant la durée du jour et de la nuit pour chacune des période de l'année citée ci-dessus.
On s'interrogera sur la durée du jour et de la nuit sous l'équateur et aux pôles.
On évaluera de manière relative le pourcentage d'énergie reçue annuellement par les régions situées par 50° N par rapport aux régions équatoriales.
On s'interrogera sur la quantité d'énergie reçue l'hivers et l'été par les régions situées par 50° N par rapport aux régions équatoriales ainsi que par les régions polaires.