FNR
Matériel nécessaire
Cycle : 2 – 4
Durée : La durée dépend du fait que les enfants construisent tous les instruments proposés en groupes individuels ou que chaque groupe construise et présente un instrument. Il est important de laisser aux enfants suffisamment de temps pour essayer les instruments, pour les modifier et les utiliser.
Construction d’un cadran solaire : préparation : 10 minutes | Réglage : 1 jour d’école
Construction et mise à l’essai d’une horloge hydraulique : au moins 2 heures de classe
Construction et mise à l’essai d’un sablier : 4 au moins 2 heures de classe
Déroulement
Afin de vous familiariser avec le déroulement de l’expérience et le matériel, il est important que vous réalisez l’expérience une fois avant le cours.
Vous souhaitez que vos élèves documentent l‘expérience ? À la fin de cet article (au-dessus de la boîte à infos), vous trouverez une fiche de recherche (PDF avec deux pages DIN A4), qui pourrait être utile à vos élèves.
Étape 1 : Posez une question et émettez des hypothèses
La question que vous abordez dans cette unité est la suivante : Comment mesurait-on le temps autrefois?
Proposition d’introduction : Vous pouvez mener avec vos élèves une discussion et/ou faire des jeux sur l’estimation des durées.
Vous pouvez leur poser les questions suivantes :
- Qu’est-ce que le temps ?
- Le temps s’écoule-t-il toujours de la même manière ?
- Pourquoi mesure-t-on le temps ?
- Comment mesure-t-on le temps ?
- Que se passerait-il si nous n'avions pas d’horloges ou de montres ou d'autres indications de temps ?
Le temps peut être perçu de différentes manières : Parfois, le temps passe à une vitesse folle, parfois on a l'impression qu'il n'avance qu'à un rythme d'escargot. Demandez aux enfants de donner des exemples. Proposez un jeu qui leur permettra de vérifier leur capacité à estimer le temps. Voici quelques idées :
- Imaginez des actions (par exemple sauter 10 fois dans la corde, faire le tour de l'école en courant, écrire 15 fois son prénom au tableau, taper 30 fois du pied, etc.), estimez leur durée et vérifiez-la avec un chronomètre.
- Présentez-leur par exemple une animation informatique ou un court clip de musique et demandez-leur ensuite d'écrire combien de temps ils pensent que cela a duré.
- Demande-leur de se lever et de s'asseoir au bout d'une minute exactement, sans leur fournir de montre ou d'autre instrument de mesure du temps.
Comparez et discutez des résultats. On peut déterminer le temps ou une durée avec une montre, c'est évident. Mais comment mesurait-on le temps à l’époque où les montres dont nous disposons aujourd’hui n’existaient pas encore ? Demandez aux enfants comment le temps a été mesuré par les premiers hommes, dans l’Égypte antique, dans la Grèce antique, au Moyen Âge, etc.).
Laissez les élèves énoncer leurs hypothèses (affirmations, suppositions). Dessinez notez vos propositions. Partagez-les avec la classe et motivez vos réflexions. Notez les hypothèses au tableau. À ce stade, le fait de trouver la bonne réponse est secondaire. Il s’agit plutôt de développer des idées et de découvrir ce que les élèves savent déjà.
Hypothèses possibles :
- En observant le soleil et les ombres (vous allez tester cette hypothèse dans l’expérience.)
- En observant la lune et les étoiles
- En observant les animaux
- En observant les mers
- À l’aide d’eau (vous allez tester cette hypothèse dans l’expérience.)
- À l‘aide de sable (vous allez tester cette hypothèse dans l’expérience.)
De quel matériel faut-il disposer pour fabriquer un instrument de mesure du temps ? Dessinez et notez vos propositions. Partagez-les avec la classe et motivez vos réflexions. Vous pouvez aussi montrer aux enfants le matériel nécessaire pour chaque instrument de mesure du temps et leur demander de dessiner ou de décrire comment ils pourraient l’utiliser pour construire un tel outil.
Étape 2 : Réalisez l‘expérience
Nos ancêtres ont utilisé différentes méthodes pour mesurer le temps. Pour découvrir comment on mesurait (entre autres) le temps autrefois, vous allez construire trois instruments de mesure du temps : un cadran solaire, une horloge hydraulique et un sablier.
Vous pouvez décider si tous les groupes doivent construire tous les instruments (par exemple, intégrés dans une semaine thématique) ou si chaque groupe peut choisir ou se voir attribuer un instrument. Toutefois, pour la construction et le « réglage » du cadran solaire, il faut garder à l'esprit qu'une période plus longue et un temps ensoleillé sont nécessaires.
Suivez chaque étape avec les enfants mais laisse-les réaliser l’expérience eux-mêmes :
Cadran solaire
Uniquement lorsque le soleil brille :
- Inscrivez les chiffres… 8, 9, 10, 11, 12, ...,14, 15, 16, ...sur les pierres à l’aide du feutre indélébile. Choisissez un endroit où le soleil brille toute la journée (où il n'y a donc pas d'ombre).
- Plantez le bâton verticalement dans le sol.
- À chaque heure pleine, placez la pierre portant l’inscription correspondante exactement sur l‘ombre projetée par le bâton. (Ne placez pas la pierre trop près du bâton.) Pouvez-vous estimer où la pierre correspondant à la prochaine heure devra être placée ? Vérifiez-le au cours de l’expérience !
Comment l’ombre évolue-t-elle au fil des mois ? L’indication temporelle est-elle correcte tout au long de l’année ?
Conseils pratiques
- Très simple : vous pouvez aussi « construire » un cadran solaire sans matériel. Choisissez un poteau, un lampadaire ou un autre objet de ce type dans la cour de l‘école. Marquez les heures sur le sol à la craie.
- N’oubliez pas d’informer la direction de l’école et/ou le personnel enseignant que vous allez construire un cadran solaire afin que ce dernier reste intact.
Horloge hydraulique
- Découpez la partie supérieure d’une bouteille (1) et la partie inférieure de l‘autre bouteille (2). Les lignes bleues sur la photo indiquent les endroits où vous pouvez couper. Gardez la grande partie de chaque bouteille.
- Avec un marteau et un clou (ou avec la pince à poinçonner), percez un petit trou au milieu du bouchon à visser. Vissez à nouveau le bouchon sur la bouteille dépourvue de fond 2.
- Placez la bouteille 1 sur une surface plane, par exemple sur une table. Introduisez la bouteille 2 col vers le bas dans la première bouteille. Versez de l’eau dans la bouteille 2 et marquez rapidement d‘un trait horizontal le niveau d’eau sur cette bouteille. Vous devez par ailleurs commencer à chronométrer le temps simultanément. L’eau s’égoutte dans le récipient inférieur (bouteille 1). Vous pouvez à présent marquer le niveau d’eau sur le récipient inférieur (bouteille 1) à intervalles de 30 secondes.
À gauche : bouteille 1; À droite : bouteille 2
Sablier
- Dévissez les bouchons des bouteilles et collez-les face supérieure ensemble. (Si vous utilisez une pince à poinçonner, percez les trous dans les bouchons avant de les coller !)
- Une fois que la colle est sèche, percez un trou au milieu des deux bouchons à l’aide d’un clou et d’un marteau. Le trou ne doit pas être trop petit (au moins 2 mm).
- Tamisez le sable
- Verser du sable dans une bouteille (sans la remplir complètement). Vous pouvez vous servir d’un entonnoir.
- Fermez la bouteille à l’aide du double bouchon et vissez la deuxième bouteille sur la première.
- Retournez le sablier et vérifiez que le sable s’écoule bien. Mesurez le temps nécessaire pour que le sable s’écoule complètement. Le temps nécessaire dépendra de la taille de l‘orifice dans les bouchons. Si la durée vous semble trop longue, agrandissez l‘orifice.
- Vous pouvez utiliser votre sablier comme outil pour mesurer une durée déterminée (par exemple comme minuteur à œufs). Pour ce faire, vous devez adapter la quantité de sable. Vous pouvez aussi graduer la partie inférieure ou la partie supérieure à intervalles d’une minute. Graduer signifie marquer des intervalles de temps sur la bouteille, par exemple des minutes.
Étape 3 : Observez ce qui se passe
Laissez aux élèves le temps nécessaire pour observer et vérifier leur(s) horloge(s) afin d’apporter d’éventuelles corrections (par exemple pour le marquage). Ils remarquent peut-être que le trou par lequel l'eau ou le sable doit s'écouler est trop petit ou trop grand pour les intervalles de temps qu'ils souhaitent mesurer avec leur horloge. Ou que l'emplacement du cadran solaire n'a pas été bien choisi. Les différents outils de mesure du temps sont ensuite présentés à la classe et testés. Invitez les élèves à observer et à décrire ce qui se passe, puis à discuter des résultats.
Autres questions que vous pouvez discuter: Quel instrument de mesure du temps est adapté à quelle situation (course, déroulement de la journée, …) ? Quel instrument est le plus précis ?
Cadran solaire
Au soleil, le style du cadran projette une ligne d‘ombre qui se déplace au cours de la journée, en fonction de la position du soleil. Le matin, lorsque le soleil se trouve à l’est, il projette son ombre vers l‘ouest. Vers midi, lorsque le soleil se trouve au sud dans le ciel, il projette son ombre vers le nord et ainsi de suite. La position de ces lignes d’ombre est consignée à des moments précis à l‘aide des pierres.
Les enfants constateront que la longueur de l‘ombre n‘est pas toujours la même au cours de la journée. Plus le soleil est haut, plus l‘ombre est courte.
Les jours suivants, il est possible de lire l’heure de façon assez précise à l‘aide de ce cadran solaire. Les enfants constateront toutefois qu’après un certain temps, l’horloge n’indique plus l’heure correctement.
Horloge hydraulique
Une horloge hydraulique ne permet pas de lire l’heure, mais on peut s’en servir pour mesurer des intervalles de temps.
En testant l’horloge hydraulique, les enfants se rendront probablement compte que la partie inférieure de l’horloge hydraulique se remplit plus rapidement au début que vers la fin, lorsqu’il ne reste qu’une petite quantité d‘eau dans la bouteille supérieure. En graduant l’horloge, les enfants remarqueront également que l‘espacement entre les repères n‘est pas régulier. Plus le réservoir supérieur est plein, plus l‘eau s‘écoule rapidement.
Si vous souhaitez utiliser l’horloge hydraulique, il est important de toujours remplir le récipient supérieur (bouteille 2) exactement jusqu‘au repère, c‘est-à-dire d‘utiliser toujours la même quantité d‘eau. Pour comprendre pourquoi ce point est important, les enfants peuvent remplir à nouveau le récipient supérieur, mais avec la moitié du volume de la première fois. En vérifiant avec le chronomètre, ils constatent que les repères ne sont plus atteints à intervalles de 30 secondes. La vitesse d‘écoulement n‘est donc pas toujours la même.
Sablier
Un sablier ne permet pas non plus de lire l’heure, mais il permet de mesurer de courtes durées. L’avantage du sablier par rapport à l’horloge hydraulique est que le sable s’écoule de manière régulière, indépendamment de la quantité qui se trouve encore dans la partie supérieure de l’horloge.
Le temps nécessaire pour que le sable s'écoule complètement de haut en bas dépend de la taille du trou dans les bouchons. Si vous trouvez que cela prend trop de temps, agrandissez le trou.
Vous pouvez utiliser votre sablier pour mesurer une durée déterminée (par ex. minuteur à œufs). Pour cela, vous devez adapter la quantité de sable.
Étape 4 : Expliquez le résultat
Les horloges peuvent indiquer des moments ou des durées. Dans notre quotidien, les horloges sont généralement utilisées pour indiquer l’heure actuelle. Mais les appareils qui mesurent des durées sont également appelés des horloges (par exemple les chronomètres).
Cadran solaire
Un cadran solaire indique l’heure du jour à l’aide d’une ombre projetée sur un cadran par la lumière du soleil.
Pendant longtemps, l’heure a été calculée en fonction de la position du soleil. L’observation des mouvements d’une ombre au cours de la journée a permis, dès la préhistoire, d‘établir les premiers repères temporels.
Ce style de cadran ne permet toutefois pas une indication temporelle précise et ne peut pas être utilisé tout au long de l‘année. Le principal objectif de ce cadran solaire simple est d’aider les élèves à reconnaître le principe de l’ombre.
L’indication temporelle n’est valable que pour quelques jours, car le cadran solaire ne tient pas compte de l’inclinaison de l’axe de la Terre.
Si vous souhaitez fabriquer des cadrans solaires plus précis, vous trouverez des instructions de bricolage sous « Expériences avancées » ci-dessous. Pour la construction de ces horloges, la latitude de votre lieu de résidence est prise en compte. Celle-ci
détermine l’angle formé entre la tige et le cadran, respectivement l’angle formé entre le cadran et la Terre. Au Luxembourg, la latitude est comprise entre 49 et 50 degrés.
Horloge hydraulique
Les horloges hydrauliques se prêtent bien pour mesurer un intervalle de temps déterminé, mais moins pour mesurer des moments qui se succèdent, car au fur et à mesure que le processus progresse, de moins en moins d‘eau s‘écoule dans le réservoir inférieur en raison de la baisse de la pression de l‘eau. Les enfants ont pu observer ce phénomène lors de l‘expérience.
Sous « Expériences avancées » vous trouverez une expériences qui illustre la pression de l’eau.
Les horloges hydrauliques ont été utilisées dans de nombreuses cultures il y a plusieurs milliers d’années déjà. Les Égyptiens antiques, mais aussi les Chinois et les Grecs construisaient et utilisaient des horloges hydrauliques. La première horloge hydraulique a été utilisée dans la Grèce antique. Elle était constituée d’un récipient gradué rempli d’eau, muni d’un orifice au fond qui permettait à l‘eau de s‘échapper. Comme dans l’exemple dans notre expérience, la graduation n‘était pas uniforme, car la vitesse d‘écoulement dépendait de la quantité d‘eau dans le réservoir.
Sablier
Le sablier a probablement été inventé au XIVe siècle. Il n’y a pas de différence de pression significative lors de l’écoulement du sable, comme c’est le cas avec les horloges hydrauliques. Bien entendu, un sablier fait maison peut manquer un peu de précision.
Aujourd’hui, les sabliers sont utilisés dans les saunas en raison de leur bonne résistance à l‘humidité et à la chaleur.
Vous trouverez une explication détaillée ainsi que d’autres informations supplémentaires dans l’infobox ci-dessous.
Remarque : en tant qu’enseignant, vous ne devez pas nécessairement, dans un premier temps, connaître toutes les réponses et explications. Dans cette rubrique « Idées pour l’enseignement des sciences à l’école fondamentale », il s’agit avant tout de familiariser les élèves à la méthode scientifique (question - hypothèse- expérience - observation/conclusion) afin qu’ils apprennent à l’utiliser de façon autonome. Vous pouvez, dans un deuxième temps, chercher ensemble la (les) réponse(s) / explication(s) dans des livres, sur internet ou en questionnant des experts.
Souvent, l’expérience et l’observation (étapes 2 & 3) font émerger de nouvelles questions. Prenez le temps de vous concentrer sur ces questions et de répéter les étapes 2 et 3 en prenant compte des nouvelles découvertes et des autres variables.
Infobox
Dans la commune de Kiischpelt, près d'Enscherange, se trouve le seul point du Luxembourg où se croisent un méridien et une latitude. Outre un cercle solaire, ce point d'intersection abrite également un cadran solaire qui peut par exemple être visité dans le cadre d'une randonnée.
Site web : https://www.visit-eislek.lu/de/attraktion/kiischpelter-sonnenkreis
En 1926, deux habitants de Kobenbour ont sculpté un cadran solaire dans la forêt du Marscher, sur une saillie rocheuse. Ce cadran solaire peut être visité dans le cadre d'une randonnée, par exemple.
Vous trouverez ici des liens vers des spécialistes en communication scientifique et des ateliers.
Votre établissement propose également des activités pédagogiques dans ce domaine et vous souhaiteriez que votre lien figure sur le site de science.lu ? Alors contactez-nous ici.
Au SciTeach Center les enseignants peuvent emprunter du matériel d’information, d’expérimentation et d’exposition. Ils peuvent ainsi se familiariser avec l’apprentissage basé sur la „recherche-découverte“ centré sur l’élève lors de formations continues offertes par le centre.
Alors que notre rubrique vise à permettre aux élèves de s’accoutumer à la méthode scientifique à l’aide d’instructions, le concept de l’apprentissage basé sur la recherche et la découverte consiste à donner aux élèves une plus grande liberté de création. En tant qu’enseignant, vous ne ferez que mettre un peu de matériel à disposition ou poser quelques questions. Les élèves décident ensuite eux-mêmes ce qui les intéresse ou ce qu’ils ont envie d’essayer. Votre rôle en tant qu’enseignant est de les accompagner et de les soutenir dans leur travail.
Au SciTeach Center, l’apprentissage des compétences en cours de sciences naturelles doit être encouragé. Pour ce faire, le SciTeach Center offre aux enseignants la possibilité de développer de nouvelles idées et activités pour leurs cours de sciences naturelles, en collaboration avec d’autres enseignants et le personnel scientifique du SciTeach Center. Ce travail collectif a également pour but de renforcer la confiance dans son propre cours et d’évacuer les peurs éventuelles face à des expériences libres en classe. Les réunions sont animées par des collaboratrices scientifiques de l’Université du Luxembourg et par des enseignantes.
Rendre visibles les lieux d'apprentissage dans les écoles et soutenir les enseignants dans l'enseignement (en plein air) avec des idées concrètes, tel était l'objectif déclaré du projet pilote FuDo en 2020. L'esprit de recherche des enfants doit être au centre de ce projet. Le projet innovant SCRIPT a donné naissance à un mouvement FuDo national. Une plate-forme Internet propose des idées et du matériel pédagogique sous forme de questions (FuDo-Fro), de sentiers de randonnée (FuDo-Wee) et d'idées interdisciplinaires (FuDo-Thema), ainsi qu'une carte interactive des lieux d'apprentissage à proximité de votre école. Le matériel pédagogique a été élaboré par des enseignants en collaboration avec le SCRIPT.
FuDo suit également le concept de l'apprentissage par la découverte et l'investigation (Inquiry-based Science Education) avec la différenciation selon MacKenzie (2016) pour le Fuerschen dobaussen. Ainsi, une FuDo-Fro commence généralement par une question de recherche pour toute la classe et a un déroulement structuré (structured inquiry). Cela aide les enfants à se familiariser avec le processus de recherche. Toutes les FuDo-Froen peuvent être explorées de manière autonome par les enfants et sont structurées en fonction de l'âge. Dans le domaine FuDo-Thema, le processus de recherche devient de plus en plus ouvert, jusqu'à ce que l'enfant organise lui-même son processus de recherche (free inquiry). En tant qu'enseignant, vous jouez le rôle d'accompagnateur d'apprentissage et de compagnon de route dans la recherche de réponses.
Cadran solaire durable : vous avez identifié l’endroit idéal pour installer votre cadran solaire dans la cour de l’école ? Marquez les heures au fur et à mesure. Adaptez les heures en fonction des saisons. Notez les résultats avec des couleurs indélébiles. (Demandez l’autorisation à la direction de l‘école). Tout le monde pourra ainsi lire l’heure par beau temps.
Pression de l’eau : Pour illustrer pourquoi il est important de toujours remplir l’horloge hydraulique avec la même quantité d’eau, vous pouvez réaliser l’expérience suivante : percez deux orifices à des hauteurs différentes dans une bouteille en plastique. Bouchez les orifices avec vos doigts et remplissez la bouteille d‘eau. Relâchez vos doigts en même temps et comparez les deux jets d‘eau.
Autres instruments pour mesurer le temps : Bien sûr, les enfants peuvent aussi construire d'autres horloges qui mesurent des durées, par exemple des horloges à bougies: Vous avez besoin d'au moins deux bougies identiques (de préférence fines et hautes) et de beaucoup de temps. Allumez une bougie et marquez à intervalles réguliers (par exemple toutes les 30 minutes) sur une deuxième bougie non allumée la taille actuelle de la première. La deuxième bougie peut maintenant être utilisée comme chronomètre. Les horloges à bougies sont connues depuis le 9e siècle. Les bougies d’une durée d’une heure étaient autrefois utilisées dans les monastères.
Vous trouverez ici des propositions pour la construction de différents cadrans solaires.
Le concept du temps renvoie à des situations ou des événements continus ou persistants. Les dispositifs ou instruments de mesure du temps sont appelés des horloges. Celles-ci peuvent indiquer des moments ou des durées. Dans la vie de tous les jours, elles sont généralement utilisées pour renseigner l’heure actuelle. Mais les dispositifs qui mesurent les durées (par exemple les chronomètres) sont eux aussi appelés des horloges. Les horloges d’aujourd’hui se fondent sur des unités de même longueur. Les jours ont 24 heures, une heure compte 60 minutes et une minute 60 secondes. Les méthodes très anciennes de mesure du temps, par exemple à l’aide d’un cadran solaire, ne s’appuient pas sur des unités de même durée. Elles s’orientent sur le déroulement de la journée et sont déterminées par le lever et le coucher du soleil. La position variable du soleil au cours de la journée et des saisons de même qu’en fonction des lieux géographiques influe sur ces dispositifs de mesure du temps, qui sont généralement des installations fixes à l’air libre. Des différences en fonction des saisons pouvant atteindre 15 minutes par heure sont possibles pour un cadran solaire. Sans comparaison avec un dispositif de mesure du temps précis, il est toutefois très difficile pour l’homme de percevoir ces différences.
Les unités de temps de même longueur, à savoir le jour, l'heure et la seconde, ne correspondent pas aux processus naturels. Une année de 365 jours (de 24 heures chacun) n'a pas la même longueur que les années des calendriers dits lunaires ou solaires. Les années lunaires sont calculées exclusivement en fonction de la course de la lune. Un mois lunaire correspond à une révolution de la Lune autour de la Terre. Une année lunaire compte douze mois lunaires avec 354 jours au total, la longueur des différents mois lunaires pouvant varier. Un calendrier solaire s’appuie sur la course du soleil. Il équivaut à l'intervalle de temps entre deux moments identiques dans le déroulement des saisons, par exemple l'équinoxe de printemps ou d'automne. Lors des équinoxes de printemps et d'automne, le jour et la nuit ont à peu près la même durée. L'intervalle entre deux équinoxes de printemps, par exemple, est appelé année tropicale. Une année tropicale compte 365 jours et environ 6 heures, et dure donc un peu plus longtemps que notre année calendaire de 365 jours. Pour compenser cette durée un peu plus longue, chaque année bissextile possède un mois de février plus long d’un jour, qui compte donc 29 jours au lieu de 28.
Mesure du temps à l’aide de cadrans solaires
Le gnomon est l’un des premiers instruments de mesure du temps. Il a probablement déjà été employé à une époque très ancienne, mais les premières preuves d’utilisation ne remontent toutefois qu’à l’Antiquité (env. 800 av. J.-C. à 600 apr. J.-C.). Un gnomon permet de structurer la journée. Il s’agit d’une simple tige que l'on plante dans le sol. La lecture de l’heure se fait sur le point projeté sous la forme d'ombre par la pointe du style. Cette méthode permet par exemple de lire l'heure de midi.
Les premiers cadrans solaires – une évolution du simple gnomon – ont probablement été utilisés par les Égyptiens dès le XIIIe siècle av. J.-C. Au lieu d’un point d’ombre, c’est l’ombre dans sa totalité projetée par un style qui sert à lire l'heure. Ce « style polaire » est orienté vers les pôles. Il est donc parallèle à l'axe de la Terre. Des lignes sont tracées à partir du point de fixation du style et permettent de lire l'heure. De part et d'autre de la ligne de midi, des lignes d’ombre sont notées, qui sont considérées comme les précurseurs de notre cadran actuel. Le jour « clair » (la période du jour où il fait clair) était divisé en 12 heures de durée égale. Les cadrans solaires étaient installés sur des places publiques ou apposés sur des bâtiments afin que tout le monde puisse s’y orienter. À partir du VIIe siècle, le christianisme a fait appel à des cadrans solaires installés sur les abbayes ou les églises. Ce n’étaient souvent pas les heures, mais les temps des différentes prières qui y étaient représentées.
Le jour et la nuit ont d’abord été considérés comme des intervalles de temps différents, dont la durée dépendait des saisons et était donc variable. Une division en douze unités respectivement est devenue courante vers 800 av. J.-C. Ce n’est qu’avec le développement des horloges mécaniques au XIVe siècle qu’une division en 24 heures avec des unités de même longueur a été introduite. Mais comme les premières horloges mécaniques n’étaient pas encore très précises et qu’elles se déréglaient quotidiennement, on continuait à les synchroniser à l’aide d’un gnomon ou d’un cadran solaire à l'heure de midi. Pour des raisons pratiques, la division en 2 x 12 heures est restée en vigueur, car les premières horloges publiques étaient des horloges à sonnerie et qu’il n’est pas raisonnablement possible de compter beaucoup plus de douze coups. Elle s’est toutefois décalée vers midi et minuit et le rythme jour/nuit a été abandonné.
Les premières horloges mécaniques fonctionnaient à l'aide d'un poids suspendu à une chaîne ou un cordon qui actionnait des roues dentées. Au début, les horloges ne sonnaient qu’à l’heure pleine et étaient dépourvues de cadran. Ce dernier n’est apparu qu’au XVe siècle. Au début, il n'était équipé que d'une seule aiguille qui indiquait les heures pleines.
Le Hollandais Christiaan Huygens a fabriqué la première horloge à pendule en 1657, en s'inspirant des travaux de Galilée. Cette horloge était beaucoup plus précise que les modèles précédents et le décalage n'était que de quelques minutes par jour. C’est à partir de ce moment que des mouvements dotés d’aiguilles des heures et des minutes ont été utilisés.
Mesure des intervalles de temps à l'aide d'horloges hydrauliques et de sabliers
Alors que le gnomon et les cadrans solaires indiquent un moment, il existait déjà très tôt des instruments de mesure capables de mesurer une durée déterminée. La première horloge hydraulique, appelée « clepsydre », a par exemple été utilisée dans la Grèce antique. Elle servait à l’origine à limiter les temps de parole. L’eau s’écoulait par l’orifice d’un récipient situé au-dessus d’un autre récipient. Les horloges hydrauliques étaient également utilisées dans l’Égypte antique, la Chine ancienne et la Grèce antique. Elles se prêtent bien pour mesurer un intervalle de temps déterminé, mais moins pour mesurer des moments qui se succèdent, car au fur et à mesure que le processus progresse, de moins en moins d'eau s'écoule dans le réservoir inférieur en raison de la baisse de la pression de l'eau. Les élèves ont observé ce phénomène lors de l'expérience.
Le sablier a probablement été inventé au XIVe siècle. Il a souvent une durée d’une heure. Un sablier est composé de deux verres en forme d'entonnoir, reliés entre eux au niveau de la partie la plus étroite. Du sable fin s’écoule de manière uniforme à travers la pièce de jonction. Il n’y a pas de différence de pression significative lors de l’écoulement du sable, contrairement à ce qui était le cas avec les horloges hydrauliques. Pour ce qui est des sabliers d’une heure, le sable s’était complètement écoulé au bout d’une heure. Ils pouvaient ensuite être retournés. Aujourd’hui, les sabliers sont utilisés dans les saunas en raison de leur bonne résistance à l'humidité et à la chaleur.
La rubrique « Idées pour l’enseignement des sciences à l’école fondamentale » a été élaborée en coopération avec le Script (Service de Coordination de la Recherche et de l’innovation pédagogiques et technologiques) et est destiné principalement aux enseignantes et enseignants de l’école fondamentale. L’objectif de cette rubrique est de vous épauler, dans votre rôle d’enseignant, avec de petits articles, afin de vous aider à transmettre la méthode scientifique. Pour ce faire, il n’est pas nécessaire que vous saviez déjà tout sur le thème de sciences naturelles en question. Il s’agit plutôt de créer un environnement dans lequel les élèves pourront expérimenter et observer. Un environnement, dans lequel les élèves apprendront à poser des questions et à formuler des hypothèses, à développer des idées et à trouver les réponses à travers l’observation.
C’est pourquoi nous structurons toujours nos articles selon le même schéma (question, hypothèse, expérience, observation/conclusion),* que l’expérience soit réalisée de façon autonome en classe ou qu’elle soit présentée par visionnage d’une vidéo. Ce schéma peut en fait être appliqué à tous les thèmes scientifiques.
Nous fournissons, en plus des connaissances de base, des explications supplémentaires afin de permettre aux enseignants intéressés de s’informer et de pouvoir répondre aux éventuelles questions. Cela donne également la possibilité aux élèves d’effectuer eux-mêmes des recherches sur science.lu.
Nous espérons que nos articles vous seront utiles et que vous pourrez les appliquer en classe. Nous serions heureux que vous nous fassiez part de votre feedback et de vos suggestions et nous sommes prêts à améliorer constamment nos articles. Vous pouvez nous contacter ici.
*Dans la pratique, le processus scientifique ne se déroule pas toujours de manière aussi linéaire. Cependant, pour des raisons de simplicité, nous procédons normalement de manière linéaire dans cette rubrique.
Auteurs : Marianne Schummer, Olivier Rodesch (SCRIPT), Michèle Weber (FNR), scienceRELATIONS (Insa Gülzow)
Concept : Jean-Paul Bertemes (FNR), Michelle Schaltz (FNR); Joseph Rodesch (FNR), Yves Lahur (SCRIPT)
Révision : Tim Penning, Thierry Frentz (SCRIPT), Michèle Weber (FNR)
Die Ausarbeitung dieser Rubrik wurde von science.lu in Kooperation mit dem Script (Service de Coordination de la Recherche et de l´Innovation pédagogiques et technologiques) durchgeführt.
Infobox
https://www.geo.de/geolino/basteln/8123-rtkl-diy-sonnenuhr-zum-selberbauen
https://www.planetarium.berlin/bildung/bildungsmaterialien
https://www.youtube.com/watch?v=nFKFr-XHD0M
https://www.youtube.com/watch?v=SePfnc8ptmY
http://ps.mnhn.lu/PDF/panewippchen/PW42003.pdf
https://www.caminteresse.fr/sciences/comment-mesure-t-on-le-temps-11134026/
https://physikforkids.de/geschichte/zeitmessung/von-der-sonnenuhr-zur-wasseruhr
https://www.wissensforscher.de/metrologie-6-2/
https://www.ago-sternwarte.ch/docs/basteln/ago_sonnenuhr.pdf
https://www.deleze.name/marcel/physique/cadrans-solaires/papier/index.html (hier kann man seine genaue Position eingeben und bekommt dann eine angepasste Sonnenuhr zum Herausschneiden).
