Les saisons

La lumière solaire sur une sphère ou un plan

Objectifs

Les phénomènes météorologiques se rapportent à différentes échelles (planétaire, régionale, locale).

À l'échelle planétaire, ce sont des surfaces sphériques qui reçoivent la lumière solaire (la Terre, dans son ensemble, ou son enveloppe atmosphérique), alors qu'à l'échelle locale, ce sont des  surfaces planes ou assimilables à des plans. Les expériences suivantes visent à montrer les conséquences de ces interactions.

Matériel nécessaire

Un projecteur à large faisceau (un rétroprojecteur convient très bien), une sphère peinte en noir et montée sur un axe (ou un globe terrestre de petit diamètre), une source de lumière, un support avec noix et un écran monté sur une tige.

Expérience n° 1 : exposition d'une sphère à un faisceau de lumière à bords parallèles.

Exposition d'une sphère à un faisceau de lumière à bords parallèles.

 © Corboz

L'exposition d'une sphère à un faisceau de lumière, selon les conditions ci-contre met en évidence l'existence d'une zone très éclairée ainsi que la présence des zones d'ombre et de pénombre.

Exposition d'une sphère à un faisceau lumineux :

Lorsque le faisceau perpendiculaire éclaire une surface proche de l'équateur, il dessine une petite tache carrée.

Lorsqu'il éclaire une surface inclinée, la lumière s'étale en rectangle.

Expérience n° 2 : exposition d'une surface plane à un faisceau de lumière à bords parallèles.
 


L'expérience se déroule dans l'obscurité et le projecteur émet un faisceau de lumière à bords parallèles.

Pour mettre en évidence la présence du faisceau lumineux, il est nécessaire d'interposer un écran.

La rotation de l'écran autour d'un axe permet de visualiser la forme et l'étendue de l'intersection du faisceau avec une surface plane.  

Selon l'angle d'incidence, l'intensité lumineuse varie. La puissane de la lampe étant constante, l'énerge reçue est plus élevée lorsque le faisceau est perpendiculaire.

Activité annexe :

Représenter un rayon lumineux parvenant au sol avec un angle d'incidence de 22°, 45°, 68°. Ces représentations concernent les régions de France situées à la latitude de Bordeaux.

Associer à chacun des schémas les expressions convenables : solstice d'hiver, équinoxe de printemps, solstice d'été, équinoxe d'automne.