Inutile d’être physicien pour répondre juste : voici dix questions que les enfants posent souvent, avec une réponse courte et juste, une expérience simple à faire ensemble et, souvent, l’idée reçue à éviter. Votre enfant observe, manipule, puis vous explique ; le cours indiqué à la fin lui permet d’aller plus loin.
1Pourquoi le ciel est bleu ?
Ce que vous pouvez répondre
La lumière du Soleil est blanche : c’est un mélange de toutes les couleurs. En traversant l’air, elle rencontre ses molécules, minuscules, qui en renvoient un peu dans toutes les directions : c’est la diffusion, beaucoup plus forte pour le bleu que pour le rouge. Quand on regarde le ciel loin du Soleil, on voit cette lumière diffusée, riche en bleu. Le soir, la lumière du Soleil traverse bien plus d’air avant de nous parvenir : elle a perdu une grande partie de son bleu en chemin, et le Soleil paraît jaune, puis orange.
À la maison
Remplissez d’eau une bouteille transparente, ajoutez une cuillère à café de lait et secouez : l’eau doit rester presque transparente (si elle devient blanche, ajoutez de l’eau). Dans le noir, éclairez-la par le fond avec une lampe de poche : de côté, l’eau laiteuse paraît bleutée ; en regardant la lampe à travers toute la bouteille, par le goulot, la lumière paraît jaune-orangé, comme un soleil couchant. Les grains du lait jouent le rôle de l’air : c’est une image du ciel, pas le vrai.
Parce que l’axe de la Terre est penché, de 23,4°, et qu’il garde toujours la même direction pendant qu’elle fait le tour du Soleil. En juin, notre moitié de la Terre penche vers le Soleil : à midi, il monte plus haut, sa lumière se concentre sur une plus petite surface, et le jour dure plus longtemps. En décembre, c’est l’inverse ; et dans l’hémisphère Sud, les saisons sont inversées.
À la maison
Dans une pièce sombre, éclairez une feuille quadrillée avec une lampe de poche, d’abord bien en face, puis en la penchant : la tache s’étale, et chaque carreau reçoit moins de lumière. C’est le Soleil d’hiver, bas sur l’horizon. Dehors, l’ombre d’un bâton à midi raconte la même chose : courte en été, longue en hiver.
La Lune ne fabrique pas de lumière : elle renvoie celle du Soleil, et une de ses moitiés est toujours éclairée, celle qui est tournée vers lui. La Lune tourne autour de la Terre : selon sa place, nous voyons cette moitié éclairée de face (pleine lune), de côté (les quartiers) ou de dos (nouvelle lune). Le cycle complet revient tous les 29,5 jours en moyenne.
À la maison
Dans une pièce sombre, posez une lampe de poche allumée sur une pile de livres, à hauteur de tête : c’est le Soleil. Votre enfant tient une balle à bout de bras, un peu au-dessus de sa tête : c’est la Lune, et sa tête est la Terre. En tournant lentement sur lui-même, il voit la partie éclairée de la balle grandir, devenir pleine, puis diminuer.
Une éclipse, c’est une ombre. Pendant une éclipse de Soleil, la Lune passe juste devant le Soleil, et son ombre tombe sur une petite région de la Terre : cela n’arrive qu’à la nouvelle lune. Pendant une éclipse de Lune, la Lune passe dans l’ombre de la Terre : cela n’arrive qu’à la pleine lune, et tous ceux qui voient la Lune à ce moment-là la voient s’assombrir. Il n’y en a pas à chaque nouvelle lune ni à chaque pleine lune, car l’orbite de la Lune est penchée d’environ 5° : le plus souvent, la Lune passe au-dessus ou au-dessous de l’ombre.
À la maison
Reprenez la lampe et la balle de la question précédente. Baissez la balle dans l’ombre de la tête : elle s’assombrit, c’est une éclipse de Lune. Placez-la entre l’œil et la lampe : elle cache la lampe, c’est une éclipse de Soleil.
Surtout à cause de la Lune. Elle attire toute la Terre, mais un peu plus fort le côté qui lui fait face et un peu moins le côté opposé : cette petite différence étire les océans en deux bosses, l’une vers la Lune, l’autre à l’opposé. La Terre tourne dessous en un jour, et chaque port passe sous les deux bosses : deux marées hautes par jour, qui arrivent environ 50 minutes plus tard chaque jour. Le Soleil joue aussi, en moins fort : quand il est aligné avec la Terre et la Lune, leurs effets s’ajoutent, et ce sont les grandes marées, peu après la nouvelle lune et la pleine lune.
À la maison
Prenez les horaires de marée d’un port de l’Atlantique ou de la Manche (ceux du SHOM, par exemple) et un calendrier des phases de la Lune. Entourez les plus grands coefficients : ils tombent peu après la nouvelle lune et la pleine lune. Au bord de la mer, notez l’heure de la marée haute deux jours de suite : elle arrive environ 50 minutes plus tard.
L’éclair et le tonnerre naissent au même moment, au même endroit. L’éclair chauffe l’air d’un coup, vers 30 000 degrés, cinq fois plus que la surface du Soleil : l’air se dilate brutalement, et ce choc devient le bruit du tonnerre. La lumière arrive presque tout de suite, le son bien plus lentement, environ 1 km toutes les 3 secondes : d’où la règle approchée, nombre de secondes ÷ 3 = distance en kilomètres. Le claquement vient de la partie de l’éclair la plus proche, le grondement des parties plus lointaines, dont le son arrive ensuite.
À la maison
Pendant le prochain orage, depuis la maison, comptez ensemble les secondes entre l’éclair et le tonnerre, puis divisez par 3. Recommencez à l’éclair suivant : si le nombre baisse, l’orage approche.
Ce qui décide n’est pas le poids, mais la masse d’un même volume, la masse volumique, comparée à celle de l’eau. Un bloc d’acier, presque 8 fois plus dense que l’eau, coule. Une coque, elle, est creuse : avec l’air qu’elle contient, la même quantité d’acier occupe beaucoup plus de place, et le bateau s’enfonce juste assez pour repousser autant d’eau qu’il pèse. C’est le principe d’Archimède ; si l’eau passe par-dessus le bord, le bateau ne peut plus en repousser assez, et il coule.
À la maison
Faites une boule de pâte à modeler et posez-la dans l’eau : elle coule (si elle flotte, c’est une pâte très légère : prenez-en une autre). Avec la même pâte, façonnez une petite barque aux bords relevés : elle flotte. Chargez-la de pièces, une à une, jusqu’à ce que l’eau passe par-dessus le bord.
On dit souvent que le noir « attire » la chaleur : en fait, il absorbe la lumière. Une surface noire garde presque toute la lumière du Soleil qui la touche, et cette lumière devient de la chaleur ; une surface blanche en renvoie la plus grande partie, et chauffe beaucoup moins. Une peinture noire mesurée par la NASA absorbe 96 % de la lumière du Soleil, une peinture blanche 20 %.
À la maison
Par beau temps, posez au soleil deux glaçons de même taille, l’un sur une feuille noire, l’autre sur une feuille blanche, et chronométrez : celui du papier noir fond le premier.
9Fractions : pourquoi 1/4 est plus petit que 1/3 ?
Ce que vous pouvez répondre
Une fraction, ce sont des parts égales d’un tout. Dans 3/4, le 4 dit en combien de parts égales on a coupé, et le 3 combien de parts on prend. Plus on coupe en parts nombreuses, plus chaque part est petite : un quart de pizza est plus petit qu’un tiers de la même pizza. Et couper chaque part en deux ne change pas la quantité : 1/2 = 2/4 = 4/8.
À la maison
Pliez une bande de papier en 2, puis en 4, puis en 8, et coloriez la moitié : combien de huitièmes ? Partagez ensuite une vraie tablette de chocolat en tiers, puis en quarts, et comparez les parts.
« Pour cent » veut dire « sur 100 » : 25 %, ce sont 25 parts sur 100, c’est-à-dire un quart. Une même part peut donc s’écrire de trois façons : 1/4 = 0,25 = 25 %. Pour calculer 25 % de 60, on prend le quart de 60 : 15.
À la maison
Sur du papier quadrillé, tracez un carré de 10 carreaux sur 10 : il en compte 100. Coloriez-en 25 : c’est 25 %, un quart du carré. Cherchez ensuite 1/2, 3/4 et 1/5, puis 1/3 : cette fois, les carreaux ne tombent pas juste.
