Thomas Ayoul
Louis Cottias
2°4
Le cadran solaire
Historique
L’ancêtre du cadran solaire est le
gnomon. Cela consiste en un
bâton planté dans le sol
verticalement. En fonction de la
longueur de l'ombre, on peut
deviner l'heure au soleil.
Le premier cadran solaire élaboré
connu date de 1500 avant Jésus-
christ et a été trouvé en Egypte.
Mais il était encore imprécis. Le
principe de cet outil a été
sûrement trouvé par les savants
en étudiant le déplacement du
soleil et donc des ombres tout au
long de la journée.
C'est l'un des premiers
instruments de mesure du temps
utilisé.
Principe
Cela consiste en une tige appelée style et plantée dans une surface plane. On
divise la zone située entre l'ombre au lever et au coucher du soleil en 12.
Chaque zone correspondra à une heure. Mais cette technique comprend des
lacunes. En effet, la durée du jour n'est pas toujours la même, et par
conséquent la durée d'une heure change.
Question
Quelles sont les autres lacunes du cadran solaire ?
La clepsydre ou horloge
hydraulique
Historique
Le mot clepsydre est de racine grecque « κλεψύδρα » (klepsudra) l’origine de ce
mot viendrait d’une source qui se situait à Athènes sur l’Agora nommé
Clepsydre. Cependant la plus ancienne clepsydre fut retrouvée à Karnak en
terre égyptienne. Datée de -1400 ans sans doute réalisé par des artisans sous le
règne du pharaon Aménophis III.
Cet appareil de mesure a été très utilisé à l’époque des Grecs lors des procès, il
servait à délimiter le temps de paroles des avocats.
Principe
On Utilise 2 bols (ou plus) qui sont disposés de façon à ce que
l’un serve a récupéré l’eau qui s’écoule d’un trou percé au bas
de l’autre bol. Des mesures peuvent êtres inscrits à l’intérieur
du récipient. Le débit est constant mais il peut varier avec la
pression la température et la qualité de l’eau. Ce n’est pas
très précis d’autant que la réalisation du trou demande une
très grande précision.
Questions
Ce système a t-il été copié ou repris par d’autre savant pour
crée de nouveaux instruments de mesure ?
Le sablier
Historique
On ne sait pas exactement quand le sablier a été inventé, mais on
pense qu ‘il a apparu au VIIème siècle.
A l’origine c’était deux morceaux de verre, appelés bulbes, situé l’un
sur l’autre et reliés par un tuyau fin. Les progrès des techniques de
fabrication du verre ont permis après de les réaliser d’une seule pièce.
Autrefois on l’utilisait dans les bateaux pour mesurer et délimiter les
temps de veille, ou dans les écoles pour mesurer le temps des cours.
Aujourd’hui on les utilise pour contrôler la cuisson des œufs à la coque (3
minutes) ou pour mesurer le temps que met un joueur a faire quelque chose
dans un jeu de société : mime, dessin, etc.…
Principe
Il fonctionne comme la clepsydre mais de manière moins
précise, mais il fonctionne encore quand il gèle.
La partie remplie de sable fin, ou d’une matière similaire, est
placée en haut et grâce à la gravité, le sable s’écoule
régulièrement et lentement vers le bas. Une fois qu’il n’y a
plus de sable en haut, on peut retourner le sablier pour
mesurer une autre durée.
En général, il peut mesurer une durée entre 1 et 5 minutes.
Ce n’est pas un outil fiable pour mesurer avec précision le
temps, car certains facteurs comme la taille ou la forme des
bulbes, la finesse du sable ou encore la position du sablier
peuvent affecter le temps que met le sable à passer d’un
bulbe à l’autre.
Lexique
Bulbe : forme arrondie et creuse ouverte par un tube très fin
Questions
Que peut-on utiliser pour remplir le sablier autre que le sable ?
L’horloge à balancier
Historique
L’horloge a balancier a été inventé par Christian Huygens,
qui était un astronome, un physicien et un mathématicien
néerlandais. Entre 1658 et 1659, il démontre la théorie du
pendule oscillant. En effet, il a l’idée de réguler les horloges
grâce a un pendule, pour rendre la mesure du temps plus
précise.
Principe
Cette horloge fonctionne grâce à un balancier qui est en fait un
pendule. Celui ci est constitué d’une tige verticale qui peut osciller
autour d’un axe horizontal et qui comporte un poids à son extrémité
basse. En général, il a la forme d’un disque bombé pour réduire les
forces de frottement avec l’air et il est souvent en métal.
Le mouvement du balancier est lié à un mécanisme appelé
échappement. Ce mécanisme fournit à la roue les impulsions de
comptage et ceci entraîne successivement les roues des secondes
puis des minutes puis des heures, grâces à des engrenages
complexes.
Dans les anciennes pendules, on assurait le mouvement en tirant sur
un contrepoids, par l’intermédiaire d’une corde. Il fallait faire ceci
régulièrement pour assurer le bon fonctionnement
de la pendule.
Maintenant on préfère celles qui fonctionnent
grâce à un entraînement par détente d’un ressort
car ce système prend moins de place. De plus ce
ressort se remonte à l’aide d’une clé.
Mais la période du balancier dépend de la longueur de la tige.
Lors d’un changement de température, la tige se dilate et sa
longueur augmente. Par conséquent la mesure du temps est
modifiée. On a inventé des horloges pour contrer ce
phénomène : les balanciers ont des réservoirs de mercure, et
c’est le mercure qui se dilate au lieu de la tige : la mesure du
temps ne varie pas.
Questions
Y a t il des pertes de temps néanmoins ?
Lexique
Période : grandeur inverse de la fréquence, temps écoulé entre deux passages
d’un système oscillant dans la même position et dans le même sens.
La montre à quartz
Historique
La première montre à quartz a été commercialisée en
1969. 10 ans après leur invention, il y avait autant de
montres mécaniques que de montres
« électroniques ».
On peut dire que la piézo-électricité, démontré en
1880 par les frères Curie, est à la base même du
fonctionnement de la montre quartz (propriété
particulière que certains cristaux possèdent comme,
justement, le quartz).
Principe
Lorsqu’un cristaux comme le quartz est soumis à des déformations (ou
pressions) il se forme un courant électrique à la surface et réciproquement
lorsqu’un cristal est soumis à un courant électrique il y a une déformation de
dimension des cristaux qui le compose, c’est ce qu’on appelle la piézo-
électricité : les cristaux permettent de créer un signal mécanique à partir d’un
courant électrique.
Un contact entre un quartz et un courant électriques donne naissance a une
vibration régulière du quartz (32000 fois par seconde), c’est ce qui se passe
dans une montre à quartz : une pile fournis le courant électrique, le quartz
fournit les battements et un circuit intégrés, alimenté par la pile reçoit, entretien
et envoie des impulsion électriques régulières et ainsi la précision de l’heure est
augmenter (1 seconde de perdu tout les 6 ans).
Question
Y a t il plus précis que la montre à quartz ?
Lexique
Montre « électronique » : montre à quartz
Cristaux de quartz
Réponse aux questions
Le cadran solaire : Quelles sont ses autres lacunes?
Il peut être déréglé à cause des changements d’heures notamment lors des
solstices et il peut même ne pas marcher par mauvais temps : s’il y a beaucoup
de nuages il n’y a pas de soleil.
La clepsydre : Ce système a t-il été copié ou repris par d’autre savant pour
crée de nouveaux instruments de mesure ?
Oui comme le sablier sans doute inspiré de la clepsydre.
Le sablier : Que peut-on utiliser comme fluide pour le remplir autre que le
sable ?
On peut utiliser un solide qui est granuleux comme le sable, c’est à dire du sel
ou du sucre très fin.
L’horloge à balancier : Y a-t-il des pertes de temps néanmoins ?
Oui c’est pour cela qu’il faut les remonter régulièrement. Si on ne les remontait
pas, le balancier arrêterait alors de se balancer et l’horloge ne marcherait plus.
La montre à quartz : Y a-t-il un instrument plus précis que cette montre?
Oui : l’horloge atomique (elle perd 1 seconds tous les 3000 ans)