Iridescences


iridescence

definition


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Consigne 1 groupes de trois (15 minutes)

On recherche les paramètres qui interviennent dans le phénomène .

Observation 1 : bulles et lames de savon. Éclairer sous différents angles et observer.

recette

bulle-lame

iridescence2

Observation 2 : lames d’airRéaliser et observer les franges irisées dues au film d’air ou d’eau emprisonné entre les deux lames. Agir doucement avec une pointe de stylo et observer.

lame-air

photos dues à http://www.palms.univ-rennes1.fr/PHYLAS/f_interf_fichiers/

Consigne 2 individuel puis groupes de 3 (45 minutes)

Problème : comment interpréter la formation des franges irisées ?

 schema2

Individuellement : exploiter de façon à expliquer le phénomène d’irisation et l’influence des paramètres (épaisseur, inclinaison). Document d’aide : [aide.pdf].

 

En groupe : mettre en commun et réaliser une affiche présentant les conclusions.

 

 

Présentation d’affiches et commentaires.

 

Prolongement : couleurs interférentielles diapo [papillons.pptx]

Et aussi : [calibri.pdf] ; [animal.pdf] ; [diffraction RX].


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Chambre noire

image

En laissant les images des objets éclairés pénétrer par un petit trou dans une chambre très obscure tu intercepteras alors ces images sur une feuille blanche placée dans cette chambre. […] mais ils seront plus petits et renversés. Léonard de Vinci 1514.


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Ce travail est utilisable (et a été expérimenté) au niveau quatrième, en cours ou en EPI. Il fait appel à la proportionnalité et aux calculs qui en découlent. 


C’est au XIème siècle que le savant arabe El Haitham (Alhazen) donne l’explication du fonctionnement de la chambre noire. Della Porta (1535 – 1615) comprit que l’on pouvait réaliser des chambres noires en réduction en utilisant une boîte opaque munie d’une petite ouverture sur une de ses faces et d’une paroi translucide sur la face opposée. Pour obtenir des images plus lumineuses, il remplaça le petit trou par une ouverture plus grande munie d’une lentille. Dans les années 1820-1850, Nicéphore Niepce, Louis Daguerre et William Fox Talbot inventent des procédés d’enregistrement chimique des images (pellicule) : ainsi naquit la photographie.

 niepceChambre noire de Niepce.

 luminor


Construction travail en groupe de 2 (1 séance)

Document [construction.pdf]

construction


Consigne  en groupes pour les observations et individuel pour la réalisation des schémas (2 séances)

Etude expérimentale.  Document : [document travail.pdf]

1) Observation de l’image d’un objet lumineux.

 Dirigez la chambre noire vers la source (lettre F lumineuse) :schema0 Notez ce que vous observez sur le papier calque.

2) Explication.

 

schema1

Complétez le schéma par les rayons lumineux permettant d’expliquer la formation de l’image sur le calque.

3) Influence de divers paramètres : observer et expliquer

a)      Influence de la distance entre l’objet et la chambre noire (représentez dans chaque cas l’image A’B’ de AB)

schema2Conclusion : si D augmente, alors A’B’ …       

b)      Influence de la longueur de la chambre noire

schema3Conclusion : si L augmente, alors A’B’ …  

c)      Mathématisation

De quoi dépend la dimension de l’image A’B’ ?

Trouvez une formule mathématique permettant de calculer A’B’.

Documents d’aide éventuelle : dossier [calculs] ([calcul taille image.pdf] ; [thales.pdf] )

 d)      Vérifier numériquement sur un exemple à partir des mesures

Sur le banc d’optique organiser le matériel ; effectuer  les mesures nécessaires et vérifier avec la relation mathématique précédente (possibilité d’utiliser un tableur). Document : [chambre noire.xlsx].

e)       Influence de la dimension du diaphragme

 Noter les observations et expliquer par un schéma.


chambre2


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docs
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Bulles

archibulle

Amusons-nous sur la terre et sur l’onde
Malheureux celui qui se fait un nom
Richesses, honneurs, faux éclats de ce monde
Tout est bulle de savons.

J. Daullé (1703 – 1763).

souffleuse

 


Ce travail prend prétexte des bulles de savon, et des architectures qui s’en inspirent, pour étudier la tension superficielle des liquides, les interactions moléculaires et le rôle des tensioactifs amphiphiles. Il peut aussi donner lieu à un travail expérimental mettant en œuvre les techniques Exao pour la mesure de la tension superficielle de l’eau.


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Consigne 1 groupes de trois (15 minutes)

Réalisations et observations de bulles et lames de savon.

recette

bulles


Consigne 2 individuel puis groupes (10 minutes)

Interpréter la formation des bulles en termes d’interactions au niveau moléculaire.
Utiliser les documents d’aide : [structure.pdf] ; [amphiphile.pdf] ; [liaisons.pdf].

structure-bulle


Consigne 3 groupes de 2 ou 3 (60 minutes)

Etude de la tension superficielle de l’eau.

1. Exploitation du document [tension.pdf] avec observations (verre plus que plein, trombone qui surnage, effet d’un tensioactif…).

tension1

tension4bateau

tension2

tension3

2. Etude expérimentale de la tension superficielle (selon le matériel exploitable, le temps disponible et les objectifs…). Document : [protocole.pdf].

Rédiger le rapport d’expérience.

protocole

Animation tableau  pour les conclusions , avec présentation des rapports.

 


Consigne 4 groupes de 3 (30 minutes

bulles2

1. Retour aux lames de savon et interprétation en termes de stabilité : observer et
interpréter en exploitant le document [stabilité.pdf]

stabilite

Animation tableau pour les conclusions.

2. Architecture et bulles de savon : présentation du document [archibulle.pptx].

tente

tente

munichLe stade olympique de Munich 

watercube
weaire-phelan


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Atomes

Controverses atomiques.

Atomisme contre équivalentisme.

Si j’en étais maître, j’effacerais le mot atome de la science, persuadé qu’il va plus loin que l’expérience ; et jamais en chimie, nous ne devons aller plus loin que l’expérience. J. B. Dumas.

 

En étudiant quantitativement les réactions chimiques, ce qu’on commence à faire à la fin du XVIIIe siècle et qui se poursuit tout au long du XIXe siècle, on découvre que les combinaisons de certains éléments se font par unités discrètes. Certains, les atomistes, en tirent l’hypothèse que cette discontinuité doit exister matériellement, bref que la matière doit être constituée d’atomes. L’introduction de cette notion d’origine philosophique, alors invérifiable par l’expérience, provoque une très longue controverse. Le monde de la chimie européenne se divise en clans antagonistes et la vérité scientifique devient enjeu de pouvoir. B. Bensaude-Vincent.

 

Déjà l’observation a besoin d’un corps de précautions qui conduisent à réfléchir avant de regarder, qui réforment du moins la première vision, de sorte que ce n’est jamais la première observation qui est la bonne. L’observation scientifique est toujours une observation polémique ; elle confirme ou infirme une thèse antérieure, un schéma préalable, un plan d’observation ; elle montre en démontrant, elle hiérarchise les apparences, elle transcende l’immédiat, elle reconstruit le réel après avoir reconstruit ses schémas. Naturellement, dès qu’on passe de l’observation à l’expérimentation le caractère polémique de la connaissance devient plus net encore. Alors il faut que le phénomène soit trié, filtré, épuré, coulé dans le moule des instruments, produit sur le plan des instruments. Or les instruments ne sont que des théories matérialisées. Il en sort des phénomènes qui portent de toutes parts la marque théorique. Gaston Bachelard  Le Nouvel esprit scientifique 1934.


atomes-dalton0

 J. Dalton. A New System of Chemical Philosophy. 1808. p. 218 et 219 (document : [formules dalton.pdf])

dalton-turner

John Dalton.

balance

Trébuchet – mesures de masse en chimie.

http://lyc21-carnot.ac-dijon.fr/IMG/jpg/Image_0111_1_1.jpg


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La démarche décrite ici aborde l’invention de l’hypothèse scientifique d’atome. 

 

Consigne 1  individuel (15 minutes

Utiliser le document [formules dalton.pdf] (ci-dessus) : traduire en langage moderne (et en français…) les lignes encadrées. On utilisera en particulier les termes atome et molécule et les symboles chimiques actuels des éléments.

Sachant que Dalton n’a aucune connaissance des combinaisons chimiques à l’époquerepérer ses « erreurs » (qui seront rectifiées par la suite avec le développement de la théorie atomique).

 

Animation tableau pour la mise au point et (selon le niveau) lecture partielle du document [naissance atomisme.pdf].

 dates

 


Consigne 2  groupes de trois (20 minutes)

 

Loi des proportions multiples (loi de Dalton) : si deux éléments peuvent se combiner en donnant plusieurs substances différentes, les rapports de masse du premier élément qui se lie à une masse constante de l’autre ont entre eux un rapport de nombres entiers.

 

1. J. B. Proust a étudié les oxydes d’étain et a trouvé que leurs masses se composaient soit à 88,1 % d’étain et 11,9 % d’oxygène, soit à 78,7 % d’étain et 21,3 % d’oxygène. Dalton a noté de ses pourcentages que 100 g d’étain réagira avec 13,5 g ou 27 g d’oxygène.

2. Deux composés sont formés par les éléments carbone et oxygène. Le premier renferme 42,9 % de carbone et 57,1 % d’oxygène. Le second composé renferme 27,3 % de carbone et 72,7 % d’oxygène.

A partir de ces deux exemples montrer que la loi des proportions multiples est vérifiée et que la théorie atomique permet d’interpréter les proportions mesurées. On utilisera les données actuelles (symboles et masses atomiques molaires) : Etain Sn : M = 118,7 g.mol-1 ; Oxygène O : M = 16 g.mol-1 ; Carbone C : M = 12 g.mol-1.

Réalisation d’une affiche présentant les raisonnements et résultats.

Présentation d’une ou plusieurs affiches et discussion.

 


Consigne 3 groupes de trois (20 minutes)


1. Etudes expérimentales : électrolyse et synthèse de l’eau. (Travaux de groupe pour l’électrolyse et démonstration pour la synthèse ou démonstration pour les deux).

On vérifie le rapport des volumes des deux gaz obtenus par électrolyse. Pour la synthèse on récupère le mélange des deux gaz dans un même récipient (en plastique) et on provoque la combustion explosive.

 electrolyse

C. Haraucourt « Nouvelle Physique, entièrement conforme aux programmes de 1909 ».

2. Construction des formules chimiques à partir de l’hypothèse d’Avogadro : utiliser le document [avogadro.pdf]et résoudre les problèmes posés.

avogadro

Animation tableau pour la mise au point et discussion sur le déroulement de la séance.


Compléments (selon le niveau) dans le dossier documents.

Diapos [atome1.pptx] et [atome2.pptx]. 

afm

Document [histoire epistemologie.pdf].

 L’observation scientifique est reconstruction du réel. Pour observer, suffit-il, comme l’écrit Duhem, « d’être attentif et d’avoir les sens suffisamment déliés » ? Gaston Bachelard le conteste : observer n’est pas voir. L’observateur ne se borne pas à contempler passivement la nature, les sens en alerte, prêt à saisir le fait qui pourra faire l’objet d’une nouvelle théorie. (Combien d’hommes ont vu tomber des pommes trop mûres sans pour autant en induire une loi de la gravitation universelle). L’observation scientifique exige au contraire la participation de l’esprit, qui la provoque en fonction de ses propres exigences. L’observation n’est donc jamais un constat pur de toute idée préconçue, mais le résultat d’un projet, d’une volonté de reconstruction du réel. Au fond, l’esprit scientifique ne s’instruit qu’auprès des objets qu’il a préalablement construits. Et ce n’est pas la raison humaine qui se règle sur les objets quelle identifie, mais l’objet qui est construit conformément à l’idée que s’en fait d’abord la raison. Ce qui fait dire à Bachelard « qu’après avoir formé, dans les premiers efforts de l’esprit scientifique, une raison à l’image du monde, l’activité spirituelle de la science moderne s’attache à construire un monde à l’image de la raison. Serge Le Strat. Epistémologie des sciences physiques.

 


Documents disponibles.

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Aristarque (2)

 

 Aristarque de Samos.

Le procès de l’héliocentrisme

au IIIème siècle avant J.C.

 

 

Vous n’êtes pas sans savoir que par l’Univers, la plupart des Astronomes signifient une sphère ayant son centre au centre de la Terre (…). Toutefois, Aristarque de Samos a publié des écrits sur les hypothèses astronomiques. Les présuppositions qu’on trouve dans ses écrits suggèrent un univers beaucoup plus grand que celui mentionné plus haut. Il commence en fait avec l’hypothèse que les étoiles fixes et le Soleil sont immobiles. Quant à la Terre, elle se déplace autour du Soleil sur la circonférence d’un cercle ayant son centre dans le Soleil. Archimède, Préface du traité L’Arénaire.

copernic

Copernic (1800 ans plus tard)


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Ce dispositif constitue la suite de [Aristarque première partie]. Il peut aussi être utilisé directement avec la consigne suivante d’introduction.

 


Consigne introduction individuel (20 minutes)

Utilisation du document [calcul aristarque.pdf] : calculer la distance Terre – Soleil.

calcul

Animation tableau pour la mise au point.

 


Préparation du procès d’Aristarque groupes (60 minutes)

7 personnages, 7 groupes : chaque groupe reçoit un document correspondant au personnage ainsi qu’un document commun. Il s’agit de préparer les arguments pour le procès d’Aristarque et de produire une affiche qui servira de support au moment du procès.

personnages

Jeu de rôle (le professeur participe au jeu pour impulser les interventions). Accusation par le Grand Prêtre ; interventions successives d’Aristarque et des « témoins », alternativement à charge et à décharge.


Présentation du diaporama [systèmes du monde.pptx] et discussion.

galaxie


Autres documents utilisables selon le niveau : distances.pptx ; cosmologie.pdf ; système du monde2.pdf ; distances1.pdf ; fini ou infini.pdf

groupe-local


Documents disponibles.

 

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Parmi eux un exemple de dialogue produit par des élèves de quatrième (sur un temps de travail long) à partir du procès d’Aristarque : [jeu de rôle quatrième.pdf].

docs1

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Aristarque (1)

 

Première partie :

Aristarque ou la mesure du Monde.

 

« Dieu, toujours, fait de la géométrie. » Platon.

« Ce roi (Sésostris d’Egypte) partagea le sol entre tous les Egyptiens, attribuant à chacun un lot égal aux autres, carré, et c’est d’après cette répartition qu’il établit ses revenus, prescrivant qu’on payât une redevance annuelle. S’il arrivait que le fleuve (le Nil) enlevât à quelqu’un une partie de son lot […], lui, envoyait des gens pour mesurer de combien le terrain était amoindri afin qu’il fût fait […] une diminution dans le paiement de la redevance. […]. C’est ce qui donna lieu, à mon avis, à l’invention de la géométrie, que les Grecs rapportèrent dans leur pays.«  Hérodote.

« Le rapport que j’entretiens avec mon ombre est le même que celui que la pyramide entretient avec la sienne. […] A l’instant où mon ombre sera égale à ma taille, l’ombre de
la pyramide sera égale à sa hauteur. » Thales.

« Le grand livre de la nature était écrit dans la langue des droites, des cercles, la langue de la géométrie et des mathématiques. » Galilée

« D’après Euclide, le carré est un quadrilatère dont les quatre angles sont droits et les quatre côtés égaux. D’après Sophicléïde, le carré est un triangle qui a réussi ou une circonférence qui a mal tourné. » P. Dac.


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Consigne 1 individuel par écrit (5 minutes)

Connaissez-vous ? 


– Le périmètre de la Terre (et depuis quand le connait-on) ? 

 La distance Terre – Lune. 
– La distance Terre – Soleil. 

  La distance de l’étoile la plus proche du Soleil (Proxima Centauri).


Projections

Extrait de vidéo [tour du monde.mp4] et / ou diaporama  [Eratosthène.pptx].

tour-du-monde

eratosthene


Consigne 2 groupes de 3 (20 minutes)

Utiliser le document [mesures astronomiques.pdf] : présenter sur une affiche les
calculs correspondant aux trois cas proposés
.

 mesures-astronomiques

Affichage et présentation par plusieurs groupes. Mises au point.


Consigne 3 individuel (20 minutes)

Utiliser le document [calcul aristarque.pdf] : obtenir la distance Terre – Soleil avec la donnée actuelle. Quelle donnée faut-il pour calculer le diamètre du Soleil ?

 aristarque

Animation tableau à partir de diverses propositions de calcul.


Discussion et présentation du diaporama : [distances.pptx].

galaxie

 


Documents disponibles.

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L’affaire Galilée

 

 On a peine aujourd’hui à imaginer la mutation des esprits, des méthodes et des concepts que requit cette révision totale de ce que nous pourrions appeler « notre conception du monde ». Car c’est bien de cela qu’il s’agit ; Galilée, Descartes, Newton ne se sont pas contentés de décrire le monde d’une autre façon qu’Aristote ou Plolémée : ils ont détruit un monde pour le remplacer par un autre. S. Le Strat ; »Epistémologie des sciences physiques ».

 affaire


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Présentation partielle du diaporama (10 minutes)

fichier [présentation.pptx]

geo-helio


Question préalable individuel par écrit (5 minutes)

Pouvez-vous apporter une preuve des mouvements de la Terre ?


Préparation du procès en petits groupes (30 minutes)
– Constitution de 7 groupes.
– Chaque groupe reçoit un type de personnage et les documents correspondants pour préparer une argumentation et réaliser une (ou plusieurs) affiche(s). 


– En cours de travail d’autres documents (communs) sont fournis.  copernic 
– A 20 minutes chaque groupe reçoit les personnages à jouer :personnages

 G1 : Fiorenzuola (membre de la cour) + un enquêteur de l’inquisition

G2 : Grassi (membre de la cour)

G3 : Galilée (+ son avocat)

G4 : Delle Colombe (+ un assistant)

G5 : Castelli (+ la lunette)

G6 : Magini (astronome  ptoléméen) (+ un assistant témoin)

G7 : Peiresc (astronome copernicien (+ un assistant témoin)

ptolemee


Le procès(40 minutes)

Jeu de rôle.

L’enseignant participe au jeu comme membre de la cour, avec Fiorenzuola et Grassi. On procède successivement à l’interrogation de Galilée et en alternance des témoins à charge et à décharge.


Discussion et suite du diaporama [présentation.pptx] (15 minutes)

sidereus


Projection partielle du film « Galilée ou l’amour de Dieu ».

https://fr.wikipedia.org/wiki/Galil%C3%A9e_ou_l%27Amour_de_Dieu

film


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