La mesure du temps
 

I. Mesure d'une durée

1. Notion de temps

Définition: Le temps est une grandeur physique. Son unité légale est la seconde (s).

Comment mesurer le temps:

• Utiliser la répétition de phénomènes naturels périodiques dont on connaît la durée (période). On peut utiliser par exemple l'alternance du jour et de la nuit, le cycle des saisons ou les phases de la Lune.
• Observer l'ombre d'un bâton planté dans le sol (gnomon ou cadran solaire).
• Utiliser un réservoir d'eau ou de sable qui se vide régulièrement (sablier ou clepsydre).
• Utiliser un circuit électrique qui oscille à une fréquence connue.

2. Phénomènes périodiques

Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

Exemples:

• Pendule simple (voir ci-contre).
• Rotation de la Lune autour de la Terre.
• Rotation de la Terre autour du Soleil.
  

Définition: La période d'un phénomène périodique est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le phénomène se reproduit identique à lui-même. On la note T. Elle s'exprime en secondes (s).

Définition: La fréquence d'un phénomène périodique correspond au nombre de fois où ce phénomène se répète par seconde. On la note f. Elle s'exprime en Hertz (Hz).

Exemple:

• La période d'un pendule simple est T=1,5s. Sa fréquence est donnée par:
  f=1/T  <=>  f=1/1,5  <=>  f=0,67Hz.
• La fréquence des oscillations d'un cristal de quartz est f=32768Hz. Sa période est:
  T=1/f  <=>  T=1/32768  <=>  T=3,052.10^-5s.
   

II. Phénomènes astronomiques périodiques

1. Jour solaire

Définition: Le jour solaire est la durée séparant deux passages successifs du Soleil dans le plan au méridien du lieu. (méridien du lieu: ligne imaginaire passant par le lieu considéré et les deux pôles).

Par convention, 1 jour=24heures=86400secondes.

2. Phases de la Lune

Pour un observateur terrestre, la période de rotation de la Lune autour de la Terre est de 29,5 jours.

 

1: Nouvelle Lune	2: Premier croissant	3: Premier quartier	4: Lune croissante
5: Pleine Lune	6: Lune décroissante	7: Dernier quartier	8: Dernier croissant

3. Saisons

La période de rotation de la Terre autour du soleil est de 365,25 jours. La saison dépend de la position de la Terre par rapport au soleil

 

III. Dispositifs construits par l'homme

1. Cadran solaire

Lorsqu'il est placé au soleil, l'ombre d'un piquet parcourt régulièrement les divisions du cadran solaire.

Remarque: Un simple piquet planté dans le sol (sans graduations) est appelé gnomon.

2. Sablier, clepsydre

Dans un sablier, la durée totale d'écoulement du sable est connue. Elle permet une mesure simple du temps.

Une clepsydre est un récipient percé muni d'une graduation. L'écoulement du liquide ou du sable permet de mesurer le temps.
 

3. Les horloges

Il existe plusieurs type d'horloges construites par l'homme:

Les horloges mécaniques: Le temps est mesuré grâce aux oscillations d'un balancier (pendule simple) dont on connaît la période.
Les horloges électriques: Le temps est mesuré grâce aux oscillations d'un cristal de quartz (f=32768Hz).
Les oscilloscopes: La base de temps d'un oscilloscope est un dispositif qui permet au spot de balayer régulièrement l'écran (voir le cours sur l'oscilloscope).
Les horloges informatiques: Les ordinateurs contiennent un circuit électronique appelé horloge dont la fréquence d'oscillations est connue. Le microprocesseur effectue des actions élémentaires au rythme imposé par l'horloge.

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