L’immobilité de la Terre

Nous avons tous admis que la Terre tourne sur elle-même en 24 heures… Mais comment expliquer que, si je saute en l’air, je retombe au même endroit ?


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’immobilité de la terre).


Il revient à Alexandre Koyré d’avoir analysé la nature de la révolution scientifique que connut l’Europe au XVIIème siècle. 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. La physique d’Aristote s’appuyait sur le sens commun : il nous semble naturel en effet que les corps lourds tombent vers « le bas » et que la flamme d’une allumette se dirige vers «le haut». De la même façon, ne distinguons-nous pas spontanément l’espace habité par les êtres vivants, la «région sublunaire», soumise à la naissance, à la mort et aux changements, des cieux constellés d’astres qui semblent décrire immuablement les mêmes trajectoires régulières, la « région supra-lunaire ». Autrement dit, notre conception première de l’espace est aristotélicienne : elle postule un monde clos, limité par la voûte étoilée, constituant un tout ordonné dans lequel, pour reprendre l’expression de Koyré, « chaque chose a sa place ». C’est ce monde rassurant, hiérarchisé, harmonieux, nous enveloppant comme une bulle translucide, que les savants du XVIIème siècle ont fait irréversiblement éclater.                      S. Le Strat « Epistémologie des sciences physiques ».

aristote

Il est donc manifeste que la Terre est nécessairement au centre et immobile, non seulement pour les raisons que nous venons d’indiquer, mais encore parce que les corps lourds, projetés en haut d’un mouvement forcé en ligne droite, reviennent au même point, même si la force les projetait à une distance infinie.                       Aristote – La Nature – Physique.

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Objectif : aborder le concept de relativité galiléenne et le principe d’inertie, ou comment la construction scientifique met en question le sens commun.

 


Consigne 1 (10 minutes) individuellement par écrit  à partir du document suivant qui est distribué aux participants) : identifier le problème et proposer une explication.  

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Consigne 2 (30 minutes) : comparaison par groupe de trois puis mise en commun collective.

Les participants volontaires sont invités à formuler leurs propositions qui sont alors notées au tableau.

 


Commentaires :

On peut tout d’abord remarquer que nous avons admis l’idée que la Terre tourne sur elle-même sans vraiment la questionner. 

 L’animation au tableau consiste à mettre à l’épreuve les différentes hypothèses proposées par les participants.

 

L’une des propositions faite pour surmonter la difficulté consiste à supposer que le mouvement de Terre est très lent et donc imperceptible dans la durée de chute de la pierre lancée verticalement. Si elle n’est pas formulée, l’animateur peut la formuler lui-même. Il faut mettre à l’épreuve en premier lieu cette hypothèse par l’utilisation des données et donc la consigne de travail individuel suivante :

calculer la vitesse d’un point de l’équateur (par rapport à l’axe de rotation de la Terre) et estimer l’ordre de grandeur de la vitesse d’un point à notre latitude.

A l‘équateur : 40 000 / 24 ≈ 1700 km/h.

A notre  latitude par une estimation très simpliste : 24 000 / 24 ≈ 1000 km/h c’est à dire environ 300 mètres par seconde. Autrement dit si je saute en l’air pendant une seconde le sol sous mes pieds s’est déplacé de 300 mètres !!!

(Le guidage éventuel des calculs dépend évidemment du niveau de formation des participants…)

calcul

 

Une autre proposition fréquente évoque l’effet de la « gravité » ou « gravitation » qui entraînerait la pierre (ou le personnage qui saute évoqué ci-dessus). Cette hypothèse est contredite par un raisonnement sur les directions : mouvement horizontal mais gravitation verticale…

Une troisième proposition suggère que la pierre fait partie du « système Terre » et donc tourne avec, ce qui nous met sur la piste, mais ne doit pas être validé comme tel pour que la construction polémique se poursuive. On évoque aussi éventuellement l’atmosphère, ce qui ne manque pas d’embrouiller encore la situation !

 


Consigne 3 : lecture individuelle et formulation d’hypothèse pour chacune des situations suivantes puis réalisation d’une affiche par groupe de trois à partir des hypothèses discutées (30 minutes).

Puis présentation des affiches par plusieurs groupes (20 minutes).

situations


Consigne 4 : individuellement, résolution du problème initial sous forme de schéma (en imaginant un observateur extérieur à la Terre) puis comparaison collective (15 minutes).

 


Conclusion en animation tableau (fichier [sauteur.pdf]) avec animations et vidéos  indiquées ci-dessous (10 minutes) :

sauteur

Magistral en situation : Formulation de la relativité galiléenne et du principe d’inertie


Analyse de la séance (15 min) : par écrit formulez ce qui vous a surpris au cours de la séance ; comment avez-vous vécu les étapes successives. Discussion.

Diapo [preuves mouvement.ppt]

foucault 

 Le pendule de Foucault.

 

Compléments éventuels :

Lecture textes : [navire galilée]     [relativite galileenne]   [koyré khun]  

Apports historique en astronomie : fichiers du dossier [système du monde]


Documents disponibles.

Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’immobilité de la terre).

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Animations et vidéos : (dossier [animations])docs3


Fiat lux

Controverses lumineuses 

Ondes ET particules


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier fiat lux).


Si l’on est quelquefois égaré en voulant simplifier les éléments d’une science, c’est qu’on a établi des systèmes, avant d’avoir rassemblé un assez grand nombre de faits. A. Fresnel. 


fresnel


Méthode et Objectif : 

Qu’est ce que la lumière ? Démarche d’exploration des modèles historiques de la lumière autour de la controverse onde / particule opposant les newtoniens (Biot, Pouillet) à Fresnel et Arago (épisode historique du concours de l’Académie des sciences en 1817 – 1819) et ses prolongement jusqu’aux théories actuelles. Réflexions épistémologiques (notion de paradigme, ruptures dans l’histoire des sciences, rapport théorie – expérience… 

Bibliographie :
les cahiers de Science et Vie (Fresnel ; qu’est ce que la lumière ?)
« La lumière » B. Maitte
« Les physiciens classiques et leurs découvertes » E. Segré
« Petite histoire de la physique » J.P. Maury
« La structure des révolutions scientifiques » T.H. Kuhn 

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Consigne 1 (préparation : 30 min ; jeu 20 min)

 Présentation de la situation : document [concours de 1817.pdf].

Chaque groupe prépare sa contribution sous forme d’une affiche, à partir des documents fournis ; le document correspondant à Fresnel est aussi donné à tous les groupes. 

personnages

Jeu de rôles : réunion de l’Académie (novembre 1819)

  • juges : animateur, Laplace, Arago ; 
  • présentation du mémoire : Fresnel ;
  • intervenants : Biot, Poisson, le fantôme de Newton, Young, le fantôme de Huygens ;
  • intervenants du futur : Maxwell, Michelson, Einstein, De Broglie.

Consigne 2  individuel puis animation tableau (20 minutes)

Animation tableau : reconstitution de la fresque historique des conceptions de la lumière.


Consigne 3   individuel puis animation tableau (10 minutes)

Formulation de nouvelles questions. Animation tableau et discussion.


Suite : travaux expérimentaux : diffraction, interférence et spectroscopie.


Documents disponibles : concours de 1817documents des personnages, fresque historique, histoire, extrait du mémoire de Fresnel.

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La pomme de Newton

 Controverses et ruptures dans l’histoire des Sciences :

 FRESQUE HISTORIQUE DU CONCEPT DE CHAMP.


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Il fallait être Newton pour remarquer que la lune tombe quand tout le monde voit qu’elle ne tombe pas.   Paul Valery.


newton


Objectifs :

Comment s’élabore, dans la controverse, les concepts d’interaction à distance puis de champ (l’évolution des conceptions astronomiques d’Aristote à Galilée et Kepler ; les tourbillons de Descartes ; les forces d’interactions gravitationnelles, puis électrostatiques ; les tentacules de Faraday…). Les prolongements dans la physique contemporaine.

– Notion de rupture en épistémologie des sciences physiques.


Démarche :

– Mise en scène des protagonistes sous forme d’un congrès (anachronique) préparé à partir de documents historiques.

– Élaboration individuelle (puis collective) d’une fresque historique permettant de préciser les définitions des concepts clés et de visualiser leur évolution.

– Analyse épistémologique (voir possibilité avec philosophie).


Bibliographie :

biblio

Matériel :

– documents historiques

– papier affiche, feutres, grand papier affiche


Consigne 1 – individuel – 5 minutes

Tout ce que vous pouvez dire à propos du mouvement de chute (description, mais surtout explications…)


Consigne 2  – groupe – 30 minutes

Les personnages :personnages

Préparation du « congrès anachronique » : chaque groupe représente un ou plusieurs des personnages ci dessus et reçoit un ensemble de documents où il puisera ses arguments (et ses contre-arguments). Il élaborera un ou plusieurs schémas à présenter au congrès.

newton-portrait


Consigne 3  – collectif – 30 minutes

Congrès (table ronde des personnages et intervenants extérieurs témoins) : jeu de rôle. 


Consigne 4  – individuel puis collectif – 30 minutes

Fresque historiqueindividuellement puis en petits groupes (mélangés à partir des précédents) mettre en relation les dates et les concepts et préciser les définitions de ces concepts. 

 Élaboration collective de la fresque historique (grande affiche).


Consigne 5  – collectif 20 minutes

 Discussion (apport d’un texte d’analyse épistémologique : Koyré)


Documents disponibles.

 Tous les documents nécessaires et complémentaires indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS  (dossier la pomme de Newton).

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L’invention  de la gravitation par Newton et  la chute de la Lune (texte de Flammarion) :[gravitation newton.pdf]. Autres : [newton.pptx] ; [de ptolémée à newton.pdf] ; [notion de champ historique.pdf]


Le centre du monde

 Cette démarche met en question notre conception géocentrique persistante du monde.

Nous savons bien que la Lune tourne autour de la Terre ! Et pourtant…


Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier Le centre du monde).
Un commentaire de la démarche est proposé ICI.


Il suffit que nous parlions d’un objet pour nous croire objectifs. Mais par notre premier choix, l’objet nous désigne plus que nous ne le désignons et ce que nous croyons nos pensées fondamentales sur le monde sont souvent des confidences sur la jeunesse de notre esprit. […] l’évidence première n’est pas une vérité fondamentale.         G.  Bachelard, Psychanalyse du feu.

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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 ».


Consigne 1 : individuel par écrit (textes, dessins, schémas…) (20 minutes)

Où sommes-nous dans l’Univers ?  [Matériel distribué : feuilles A3, papiers de couleur, feutres, gommettes…] 

Echange des productions entre les participants.


Consigne 2 individuellement puis en groupe (45 minutes)

Lecture individuelle et identification du problème suivant en encadré ; production d’une affiche (calculs, schémas, propositions pour surmonter le paradoxe apparent.


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 Consigne supplémentaire : placer sur le(s) schémas l’œil qui regarde (l’observateur)


Consigne 3 : collectif (30 minutes)

Présentation des affiches par (les) différents groupes. Propositions de résolution du paradoxe apparent.


Consigne 4 : individuellement (20 minutes)

Nouvelles questions par écrit         

Reprise en animation-tableau


Magistral en situation :

Présentation du diaporama [centre du monde.pptx] ou seulement le schéma [soleil terre lune.pdf] et [chine australie.pdf]

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Autres documents éventuels : [Newton.pdf] ou [newton.pptx][distances.pdf] et divers diaporamas sur l’histoire de l’astronomie et système solaire.


Lecture des textes de Le Strat et Khun et discussion


Documents disponibles

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS     (dossier Le centre du monde).
Un commentaire de la démarche est proposé ICI.


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