Exercice 1 La mesure du temps (5 points)

Bac S 2013 Antilles Guyane Correction ©
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EXERCICE I - LA MESURE DU TEMPS (5 points)
1. Le document 3.b. montre que la courbe représentative de T² en fonction
de [pic] est une droite passant par l'origine. T² est proportionnelle à
[pic] : avec C constante, T² = C².[pic] ou selon la proposition (c)
retenue : T = C [pic].

2. Selon le document 3.d. « lorsque la température augmente, le balancier
se dilate » donc [pic] augmente. Comme T = C [pic] alors la période
augmente également.

3. Les forces de frottement dissipent de l'énergie sous forme de la chaleur
vers le milieu extérieur et font diminuer l'énergie mécanique du pendule.
Il y a diminution de l'amplitude des oscillations au cours du temps.
[pic]
Document 3.c. « ...Un dispositif constitué d'une masse (appelée « poids »)
et d'un système d'engrenages est associé au pendule pour compenser le
phénomène d'amortissement des oscillations. L'échappement à ancre permet de
bloquer la chute de la masse et ainsi de transférer à chaque oscillation
une quantité d'énergie adéquate au balancier. ».

4. « Comment, face aux limites des techniques, les hommes se sont adaptés
pour concevoir des instruments de mesure du temps de plus en plus
précis ? »

La mesure du temps est depuis toujours l'objet d'une recherche de la
précision, en liaison avec l'évolution des techniques dont elle découle et
pour lesquelles elle représente un paramètre de premier ordre. Elle
confirme, par son évolution en quatre étapes bien distinctes, le lien
étroit entre mouvement et temps, depuis l'observation des phases de la Lune
à la préhistoire, jusqu'au système de positionnement GPS moderne.
Depuis les alignements de pierres du néolithique et la position de
planètes dans le ciel, passant par le « cadran solaire » indiquant l'heure
depuis l'an 600 de notre ère, la mesure du temps est alors fondée sur
l'observation du ciel et s'accompagne d'aléas, d'imprécisions ou de
variations, en proportion de sa dépendance au caprice du temps, des saisons
ou du climat.
Au XIIIe siècle, c'est alors l'oscillation mécanique d'un pendule qui
mesure le temps. Les améliorations successives de ce qui deviendra
« l'horloge » à échappement puis la montre compensent les contraintes
mécaniques, de frottements ou même d'utilisation. La période du pendule
dont le carré varie linéairement selon sa longueur, est impossible à
l'usage de la marine qui lui préfère le ressort spiral à la masse ainsi que
les engrenages miniatures.
Vint en troisième génération vers 1930, la piézoélectricité et
l'oscillation électrique d'un quartz dont la fréquence subtilement divisée
conduit à la seconde, et qui ne varie d'une seconde que tous les 6 ans.
C'est enfin le milieu du 20ème siècle qui voit naître le « temps
atomique international » fondé sur la précision considérable de l'horloge
atomique. On utilise alors, une fréquence stable et précise des radiations
de transitions électroniques d'atomes comme le césium 133.
Le temps devient universel et c'est lui qui mesure désormais, entre autres
applications, la position.
Grille d'évaluation (non officielle) de la synthèse :
Comment, face aux limites des techniques, les hommes se sont adaptés pour
concevoir des instruments de mesure du temps de plus en plus précis ?
|NOM : |Niveaux de maîtrise |
|Compétences |Critères de réussite permettant d'attribuer le niveau de |A |B |C |D |
| |maîtrise « A » | | | | |
|S'approprier |1. T² en fonction de [pic] est une droite passant par |0,5 | | |0 |
| |l'origine. donc | | | | |
|Extraire l'information |T² = C².[pic] ALORS (c) T = C [pic] | | | | |
|utile sur des supports | | | | | |
|variés. | | | | | |
|Mobiliser ses | | | | | |
|connaissances. | | | | | |
| |2. doc. 3.d. « température augmente, balancier se dilate » |0,5 | | |0 |
| |donc [pic] augmente. | | | | |
| |Comme T = C [pic] alors la période augmente également. | | | | |
| |3. Graphe ( =f(t) oscillations amorties |0,5 | | |0 |
| |doc 3.c. Amortissement compensé par « masse + engrenage » | | | | |
| | |0,25 | | |0 |
|Analyser |Doc.1 Mesures préhistoriques du temps basées sur |0,5 | | |0 |
| |l'astronomie : Soleil (jour, année) et Lune (mois). | | | | |
|Organiser et exploiter les|Doc 2. Description et limite du cadran solaire. | | | | |
|informations extraites. |Apparition de la notion d'heure. | | | | |
|Identifier les paramètres |Doc.3 Principe d'une horloge mécanique (masse, | | | | |
|qui influencent un |auto-entretien) | | | | |
|phénomène. |Apparition de la notion de seconde | | | | |
| |Limites des horloges mécaniques (influence (°C et g sur T) | | | | |
| |Amélioration (montre, ressort spiral) | | | | |
| |Doc. 4 Description de l'horloge à quartz | | | | |
| |Avantage : très faible dérive (1 s / 6 ans) | | | | |
| |Doc. 5 Description et limite (difficulté de mise en ?uvre) de| | | | |
| |l'horloge atomique | | | | |
| |Avantage : précision extrême (1 s / 3 millions années) | | | | |
| | |0,5 | | |0 |
| | |0,5 | | |0 |
| | |0,5 | | |0 |
| | |0,5 | | |0 |
|Communiquer |Rédiger une synthèse qui répond à la question posée. |0,75 |0,5 |0,25 |0 |
| |La rédaction fait apparaître une maîtrise satisfaisante des | | | | |
|Rédiger une synthèse. |compétences langagières de base et du vocabulaire | | | | |
|Utiliser un vocabulaire |scientifique. | | | | |
|scientifique adapté et |Bonne utilisation des connecteurs logiques (donc, car, or, | | | | |
|rigoureux. |etc.) | | | | |
| |Respect longueur de la synthèse (env. 20 lignes). | | | | |
|Note proposée : |/ 5 |