CH 13 :    Activité       NOTION DE CHAMP SCALAIRE ET DE CHAMP VECTORIEL

 

NOTIONS ET CONTENUS

COMPETENCES ATTENDUES

- Notion de champ scalaire et vectoriel.

- Extraire et organiser des informations.

 

La notion de champ est utilisée dans de nombreux domaines en physique.
Nous nous proposons de l’aborder par des exemples simples portant sur trois grandeurs que nous appréhendons bien et qui sont utiles en météorologie. (Ouvrir les images et répondre aux questions)

 

Document 1 :

Premier exemple.

 

 

Lien : image 1.

1) Quelle grandeur est indiquée sur la carte ? Dans quelle unité ?

 

 

 

2) Comment a-t-on déterminé les différentes valeurs indiquées ?

 

 

 

3) Sur la carte, aucune information n’est donnée sur la méditerranée. Cela signifie-t-il que la grandeur considérée « n’y existe pas » ?

 

 

 

 

4) Tout point de la carte (tout point de l’espace donc) pourrait-il être affecté d’une valeur de cette grandeur ?

 

 

 

 

 

 

Document 2 :

Deuxième exemple :

 

 

Lien : image 2.

1) Donner la grandeur, l’unité et le moyen d’obtention des indications figurant sur la carte.

 

 

 

2) Que représentent les courbes figurant sur la carte ?

 

 

 

 

3) On définit la pression atmosphérique normale :
Pn = 1013 hPa = 1,013 bar. Sur la carte, hachurer en bleu la zone de basses pressions (p < pn ) et en rouge la zone de hautes pressions    (p > pn ). (à 0,002 hPa près).

4) Quel nom donne-t-on en météorologie à chacune de ces zones et à quel type de temps (2 mots) chacune d’elles correspond-elle en général ? (Voir document 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

Document 3 :    Texte extrait de wikipédia :

Un anticyclone est une zone de circulation atmosphérique autour d'un centre de haute pression.

Les anticyclones généralement apportent du beau temps et des ciels clairs car le mouvement vertical de l'air y est vers le bas (subsidence). Cette dynamique atmosphérique fait en sorte que l'air aux altitudes moyennes se réchauffe parce qu'il subit une compression adiabatique et y devient relativement chaud et sec, et donc sans nuages. Une dépression est une zone où la pression atmosphérique, ajustée au niveau de la mer, diminue horizontalement vers un centre de basse pression, c'est-à-dire un minimum local de pression. On associe les dépressions au mauvais temps, car la dynamique qui entoure une dépression présuppose l'existence de courants ascendants qui provoquent des nuages et de la précipitation.

 

Document 4 :

Troisième exemple :

 

 

 

 

Lien : image 3.

1) De quel phénomène rendent compte les flèches sur la carte ?

 

 

 

 

2) Quelles informations peuvent-elles donner en un point donné ? (3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Que peut-on dire par exemple en Mer du Nord, à Madrid et au centre de la Pologne ? (Voir Points N, M, P sur la carte)

- Mer du Nord :

 

 

 

 

 

- Madrid :

 

 

 

 

 

- Centre de la Pologne :

 

 

 

 

 

4) A quel objet mathématique font penser ces flèches et quelles sont les quatre informations qu’il donne ?

 

 

 

 

 

 

Généralisation : Notion de champs

 

Dans les deux premiers exemples, chaque point de l’espace est affecté d’un nombre (appelé scalaire) qui est la valeur d’une grandeur donnée en ce point (pression, température).

 

Dans le deuxième exemple chaque point de l’espace est affecté d’un vecteur qui donne

une grandeur vectorielle en ce point (Point d’application, direction, sens et vitesse du vent)

 

L’ensemble des grandeurs qui peuvent différer en chaque point de l’espace constitue

un champ scalaire ou un champ vectoriel.