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 ombre courte ombre allongée L’ombre est allongée quand la source lumineuse est basse. sol sol gnomon gnomon

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