Simuler et expliquer la zone d’ombre en 3D

ombre

Il est facile pour les élèves de tomber dans le piège de l’existence de 2 zones d’ombres puisque l’on travaille en 2D sur les dessins ou modèles utilisés; une petite démarche expérimentale permet aux élèves de mieux visualiser et de comprendre l’origine de cette zone d’ombre. Pour cela, il suffit simplement d’aborder avec eux la notion de vitesse de propagation des ondes et de leur préciser qu’elles se comportent comme les ondes lumineuses; or, ils connaissent (normalement) les lois de descartes et la notion d’indice du milieu(inversement proportionnel à la vitesse). On peut alors leur demander d’envisager différents modèles de terre:

– cas d’une terre homogène (air air ou eau eau)

– cas d’une terre avec un noyau qui ralentit les ondes.(solution de saccharose ou d’eau à l’intérieur et d’air à l’extérieur).

– cas d’une terre avec un noyau qui accélère.(solution d’eau à l’extérieur et d’air à l’intérieur).

 

Le montage: Il est très simple puisqu’il s’agit d’utiliser un aquarium et un ballon accroché à un support sur lequel on dispose une masse importante de façon à stabiliser l’ensemble; on s’arrange pour respecter les proportions noyau terre dans notre montage (le ballon a un diamètre 2 fois moins important que l’aquarium). L’aquarium est recouvert d’une peinture translucide de à mieux visualiser la propagation de ondes lumineuses.

 

Les résultats:

Voici quelques résultats obtenus:

05090006 05090005 05090004 05090001

 

Une démarche expérimentale intéressante est donc réalisable avec les élèves. On peut par exemple:

Utiliser le logiciel onde P et leur faire constater une déviation sur le modèle proposé par les géologues.

Se poser la question d’une telle déviation. Pour cela, on propose comme hypothèse qu’une variation de vitesse engendre une déviation. On teste cette hypothèse de 2 façon: avec le montage aquarium et/ou avec le montage laser type Pierron. On en déduit qu’il y a effectivement un ralentissement des ondes sismiques à l’intérieur du globe.

La dernière étape consiste à utiliser les buzzeur afin de montrer que cette vitesse dépend de la nature de la roche et de la nature de l’onde.

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