Brevet FR2629935A1 — publié le 19891013

L'invention concerne un dispositif de representation des effets consécutifs au mouvement de la Terre dans le système solaire, et notamment de l'alternance du jour et ae la nuit, de la variation de la durée du jour et du cycle des saisons. Lorsque l'on veut expliquer à des enfants ou des élèves les phénomènes dus å la rotation de la Terre sur elle-même et dans l'ombre et la lumière, on utilise genéralement un globe terrestre que l'on fait tourner autour c ' une source lumineuse mais qu'il est alors difficile de faire tourner siniultanénent sur lui-même, sauf à utiliser un systéme mécanique complexe donc couteux. En outre pour expliquer le cycle des saisons, il est nécessaire de placer le globe terrestre en respectant l'inclinaison de l'axe des poles par rapport a l'écliptique.Il est également difficile de bien discerner la démarcation entre le jour et la nuit qui effectue une rotation de 360- en un an. Par ailleurs, on sait que le système solaire se deplace dans l'univers et de ce fait le mouvement de rotation de la Terre par rapport au Soleil se transforme en un mouvement sinusoïdal de part et d'autre de la trajectoire du centre du système solaire. Un observateur placé dans l'espace verrait alors des phases de Terre analogues aux phases bien connues de la Lune. Il serait bon de pouvoir représenter ce phénomène à l'aide d'un dispositif simple. Il est donc fourni selon l'invention un tel dispositif de représentation, caractérisé en ce qu'il comporte une sphere symbolisant le globe terrestre, une demi-sphère creuse et opaque s'emboîtant latéralement sur une moitié de la sphère et symbolisant la nuit et prolongée à sa partie inférieure par une demi-calotte transparente s'emboîtant sur la partie inférieure de la sphère, et un support de la sphère et de la demi-sphère, la sphère étant montée sur le support à l'aide d'un axe qui traverse le support et pénètre dans un trou pratiqué dans la sphère selon l'axe des pôles, la demi-sphère et la demi-calotte possédant une serie de trous alignes sur le grand cercle situé dans le plan perpendiculaire au plan du bord externe de la demi-sphère, pour le passage de l'axe de montage de la sphère, et disposés de façon à donner à la demi-sphère une inclinaison représentative d'une déclinaison donnée, et la demi-sphère et la demicalotte portant extérieurement des tétons venant se placer dans des évidements pratiqués dans le support dé façon à tenir compte d'une ascension droite donnée. Selon un mode de réaiisation particulièrement préféré, la série de trous alignés comporte un trou central correspondant à une déclinaison nulle et de chaque côté de ce trou central deux autres trous dont les axes longitudinaux coupent l'axe des pôles au centre de la sphère avec des angles de 17 et de 23'50, et le support comporte cinq évidements espacés angulairement de 45 , les évidements extrêmes étant alignés selon le grand cercle situé dans le plan du bord externe de la demi-sphère et espacés du trou central du support pour tenir compte de la déclinaison désirée de la demi-sphère pour une ascension droite donnée. Ainsi qu'il sera expliqué ci-après, une tel.le structure permet de représenter huit phases du mouvement d'ensemble de la Terre de façon simple, le nombre de huit ayant été choisi parce qu'il représente un bon compromis entre les possibilités matérielles de réalisation de l'objet et les possibilités d'observatior. des phénomène=.. Le dispositif étant démontable, c'est l'utilisateur, par exemple un enfant, qui manipule l'objet et reproduit le pnenomene. Le dispositif peut être utilisé dans un jeu éducatif consistant a suivre la Terre en mouvement dans le système solaire D'autres caractéristiques. et avantages de la presente invention apparaîtront à la lecture de la description detaillée suivante, faite en référence aux dessins annexes dans lesquels la figure 1 est une vue schématique du dispositif complet selon l'invention, la figure 2 est une vue de côté de la demi-sphère et demi-calotte d'un mode de réalisation du dispositif, la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une coupe.selon la ligne IV-IV de la figure 2, la figure 5 est une vue de dessus du support pour la demi-sphère de la figure 2, la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5, la figure 7 est une coupe selon la ligne VII-VII de la figure 5, la figure 8 est une coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 5;; la figure 9 est une vue de côté de l'axe de montage du support, de la sphère et de la demi-sphère, la figure 10 est une vue simplifiée du mouvement sinusoidal de la Terre La figure 1 est une vue de côté schématique du dispositif selon l'invention qui comporte essentiellement - une sphère 1 symbolisant le globe terrestre. Seuls ont été indiqués sur la sphère l'équateur, les tropiques et les cercles polaires mais dans la réalité le globe comportera la représentation des continents et des océans. Par ailleurs, ce dispositif est conçu de façon à pouvoir suivre le mouvement de la Terre vue aussi bien au-dessus de l'hémisphère Austral que Boréal. A cet effet, le globe est réversitie et de ce fait; pour en faciliter la lecture, les caractères d'imprimerie sont inversés entre les deux hémisphères. Ceci conduit à prendre pleinement conscience des phénomènes d'inversion qui existent effectivement sur la Terre.Est cependant conservé l'usage des globes traditionnels à lecture directe du Nord au Sud, ou encore à lecture directe du Sud au Nord pour les habitants de l'hémisphère Austral ou toute autre personne intéressée, - une demi-sphère 2 creuse et ' opaque emboîtée latéralement sur une moitié de la sphère 1 et prolongée à sa partie inférieure par une demi-calotte sphérique 3 s'emboitant sous la partie inférieure restante de la sphère 1, - un support 4 de forme extérieure quelconque et de section de préférence circulaire. Sa partie superieure comporte un évidement 5 en calotte inversée dans lequel vient reposer la base de la demi-sphère 2 et la demicalotte 3. Les flèches à droite de la figure 1 représentent la lumière éclairant le globe terrestre, la démarcation entre le jour et la nuit étant matérialisée par le cercle externe 8 de la demi-sphère 2. Le support 4 est percé d'un trou central 6 qui le traverse de part en part et vient pénétrer dans un trou pratiqué dans la sphère l selon l'axe des pôles. Le globe terrestre est donc porté par le support 4 avec l'axe des pôles en position verticale et non inclinée, comme on le représente traditionnellement, par rapport au plan de son orbite autour du soleil Pour ce faire, la demi-sphère 2 et la demi-calotte 3 comportent à leur partie inférieure des dispositifs permettant de les positionner par rapport au support en tenant compte: - de la déclinaison du soleil, et - de l'ascension droite, toutes deux au cours d'un cycle annuel. On sait que la déclinaison du soleil varie entre 0' aux équinoxes et 23-45 aux solstices, avec des valeurs positives ou négatives selon l'hémisphère terrestre considéré. De meme l'ascension droite représente en première approximation le déplacement du plan de démarcation entre l'ombre et la lumière qui est d'environ 1 par jour Il est bien entendu très intéressant de représenter la situation aux deux équinoxes et aux deux solstices et d'y adjoindre des phases intermédiaires pour permettre de mieux suivre le phénomène. Pour des raisons pratiques de manipulation de l'objet, en particulier par des mains d'enfant, les dimensions sont réduites et il est matériellement nécessaire de limiter ce nombre de phases intermédiaires, C'est pourquoi le dispositif décrit et représenté n'est qu'un exemple d'une réalisation à huit phases décalées par fractions de 45 d'ascension droite. Il est tout à fait possible de prévoir douze phases décalées par fractions de 30' par exemple et les modifications nécessaires seront évidentes pour l'homme du métier. Le tableau ci-dessus résume les déclinaisons et ascensions droites des huit phases choisies. Déclinaison Ascension droite Equinoxe de mars O 0 8 Mai 17' 45' Solstice de juin 23'45 90 5 Aout 17' 135' Equinoxe de septembre 0 180 9 Novembre 17' 225' Solstice de décembre 23'45 270' ler Février 17' 315' (Equinoxe de mars 0 36,0'/0') Seules les valeurs absolues de la déclinaison ont été indiquées puisque, lorsqu'elle est positive dans l'hémisphère nord, elle est négative dans l'hémisphère sud et inversement. Ces valeurs sont extraites ou obtenues par interpolation des Ephémèrides astronomiques rédigés par le Bureau des Longitudes de Paris, Editions Gauthier Villars (Paris). Pour obtenir les cinq valeurs de la déclinaison: -23'45, -17', 0', +17', *23'45 il est prevu à la partie inférieure de la demi-sphère 2 et de la demi-calotte 3 cinq trous 9a,9b,9c alignés sur le grand cercle situé dans le plan perpendiculaire au plan du bord externe 8 de la demi-sphère 2. Ces trous ont un diamètre suffisant pour laisser passer l'axe de montage 7 de la sphère sur le support, l'ensemble demisphère/demi-calotte s'interposant entre le support 4 et la sphère 1. La série de trous 9a,9b,9c comprend un trou central ga dans l'alignement de l'axe des pôles permettant lorsqu'on y fait passer l'axe de montage d'obtenir la déclinaison 0': le bord 8 de la demi-sphère est vertical. La chaque côté du trou 9a et symetriquement sont disposés deux trous 9b et 9c a une distance telle que leur axe longitudinal vienne couper l'axe des pôles, au centre de la sphère, avec un angle respectivement de 17' et de 23'45 (ou avec une valeur approximative de 23'50 comme indiqué sur la figure 3). On obtient donc. en faisant passer l'axe de montage dans les trous 9c une déclinaison de -23'50 ou de +23'50 selon que l'on choisisse le trou 9c de droite ou le trou 9c de gauche (selon la figure -4). De même en faisant passer l'axe de montage dans le trou 9b de droite, on aura la déclinaison -17 et dans le trou 9b de gauche, la déclinaison +17'. On notera que le raccordement de la partie supérieure de la demi-calotte à la demi-sphère est droit sur la figure 1 alors qu'ii est en arrondi sur la figure 2, et d'autres formes de raccordement sont évidemment possibies. Sur la figure 4, la demi-calotte .3 transparente se prolonge par une languette 10 également transparente dans la zone d'alignement des trous 9a,9b,9c afin de faciliter la mise en place de l'axe de montage mais ceci n'est pas obligatoire. La partie inférieure de l'ensemble demi-sphère/demicalotte porte, à l'extérieur, deux tétons 11. et 12 à extrémité tronconique pour faciliter leur mise en place. Ces tétons sont disposés symétriquement de part et d'autre du trou 9a, dans le même alignement que les trous 9a,9b et 9c et leurs axes longitudinaux forment avec la verticale un angle de 8'30, pour que les tétons se trouvent à mi-distance entre le trou 9a et les trous 9b, mais ceci n'est pas indispensable et une autre valeur de cet angle pourrait être choisie. Ces tétons viennent se placer dans des évidements prévus dans le support pour tenir compte de l'ascension droite. Comme la demi-sphère oit toujours être située du côté opposé a celui d'oû arrive la lumière, ces évidements sont situés sur une seule moitié du support, placée par exemple à droite lorsque la lumière arrive de la droite (comme représenté sur les dessins). Ces évidements sont disposés radialement autour du trou central 6 au fond de la calotte 5 ou vient reposer la partie inférieure de l'ensemble demi-sphère/demicalotte. Il peut s' agir de deux évidements alignés dans lesquels se logeront les deux tétons 11 et 12 mais il est plus simple de prévoir comme indiqué sur les figures 5 à 8 des rainures continues. Ces rainures 13,14,15,16 et 17 sont disposées radialement avec des écarts angulaires de 45', correspondant à la fraction de 45' d'ascension droite entre les phases à représenter. Les deux rainures extrêmes 13,14 sont alignées selon le grand cercle situé dans le plan du bord 8 de la demisphère. L'extrémité des rainures la plus proche du trou central 6 a une forme permettant au téton d'y pénétrer et les axes 13a, 14a correspondants au centre de cette extrémité se coupent en formant un angle de 17', correspondant à l'angle que forment entre eux les axes longitudinaux des tétons. Ces deux rainures 13 et 14 servent à positionner les tétons, un dans chaque rainure pour représenter la déclinaison nulle aux valeurs suivantes de l'ascension droite: 0' et 180' La rainure 15, espacée de 45' par rapport à la rainure 13, reçoit les deux tétons 11 et 12 aux valeurs de l'ascension droite de 45' et 315' et son extrémité est espacée du trou 6 d'une distance permettant de tenir compte de l'inclinaison de la demi-sphère pour la déclinaison de 17'. La rainure 16 reçoit le téton 11, le téton 12 se trouvant alors dans le vide, aux valeurs de l'ascension droite de go. et 27' (solstices de juin et de décembre) et son extrémité est espacée du trou 6 d'une distance permettant de tenir compte de l'inclinaison de la demi sphère pour la déclinaison de 23'45, cette inclinaison étant obtenue par l'utilisation des trous 9a,9b,c. La rainure 17 joue le même rôle que la rainure 15, pour les ascensions droites de .135' et 225' et les rainures 15 et 17 sont symétriques par rapport à la rainure 16. Pour en terminer avec la description du dispositif, on notera que l'axe de montage 7 Afin de pouvoir mieux appréhender certains phénomènes d'inversion, on peut avoir besoin de retourner le globe terrestre pour mettre le ôle Sud à la place normale du pôle Nord. Il est alors préférable pour faciliter la manipulation que la demi-sphère 2 soit conçue en deux parties, la partie supérieure 2a étant amovible et etant maintenue sur la partie inférieure par des attaches'21 de type quelconque. La figure 10 est une vue en plan de l'hémisphère nord, montrant le mouvement sinusoïdal de la Terre dans le voisinage du Soleil et par rapport au centre du système solaire, lui-même en mouvement dans la galaxie à plus de 200 km/s. Les schémas en traits interrompus indiquent pour chaque date la valeur de l'ascension droite augmentant par fractions de 45*. Ce schéma de principe peut être repris à plus grande échelle sur une table par exemple et on peut déposer successivement aux diverses positions indiquées le dispositif selon l'invention dans lequel on aura préalablement choisi la déclinaison et l'ascension droite correspondantes. On voit donc que le dispositif permet de mieux comprendre le mouvement d'ensemble de la Terre. REVENDICATIONS IONS 1.- Dispositif de représentation des effets du mouvement d'ensemble de la Terre dans le système solaire, caractérisé en ce qu'il comporte une sphère (1) symbolisant le globe terrestre, une demi-sphère (2) creuse opaque s'emboîtant sur une moitié de la sphère et symbolisant la nuit prolongée à,sa partie inférieure par demi-calotte (3) sphérique transparente s'emboîtant sur la partie inférieure de la sphère (1) et un support (4) de la sphère et de la demi-sphère, la sphère 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la série de trous alignés comporte un trou central (9a) correspondant à une déclinaison nulle et de chaque côté de ce trou central deux autres trous 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce que les tétons (11,12) sont disposes sur le grand cercle situé dans le plan perpendiculaire au plan du bord externe (8) et symétriquement par rapport au pôle inférieur. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 & 4, caractérisé en ce que la partie de la demi-sphère sur laquelle sont alignés les trous de passage de l'axe du support et de la sphère est constituée par une languette, (10) transparente prolongeant la demi-calotte sphérique 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 5, caractérisé en ce que la demisphère