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MONTURE DE GLOBE TERRESTRE.
L'invention concerne les procédésde montage des globes terrestres et a pour objet un globe astro-terrestre. -
On a déjà essayé différentes montures de globes terrestres permettant d'expliquer les changements de saisons et les autres manifestations naturelles de même genre.-
La monture perfectionnée qui fait l'objet de l'invention se distingue par les éléments nouveaux et utiles
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qu'elle comporte et qui permettent d'expliquer également dautres particularités du mouvement de la terre.
L'instrument peut, d'ailleurs, être également utilisé à l'enseignement de la géographie.-
En établissant cet instrument on s'est surtout proposé de réaliser un appareil spécial permettant d'expliquer la différence entre le temps sidéral et le temps solai- re. Les ouvrages astronomiques attribuent invariablement cette différence à l'augmentation quotidienne de l'ascension droite du Soleil.- On.sait, en effet qu'à mesure que croit l'ascension droite du Soleil, l'instant de son passage au méridien, exprimé en temps sidéral, recule d'un jour sidéral à l'autre, la différence étant en moyenne de quatre minutes. Il s'en suit que l'intervalle compris entre deux passages successifs du centre du Soleil au méridien est de quatre minutes plus long que le jour sidéral.
Si, par exemple, une étoile passe aujourd'hui au méridien au même instant que le centre du Soleil, demain son passage par le méridien devance. ra d'environ quatre minutes le passage du centre du Soleil, puisque dans l'intervalle ; le Soleil aura abandonné la position qu'il occupe aujourd'hui.
Mais le centre du Soleil devant être considéré comme fixe par rapport à la Terre se mouvant sur son orbite, c'est à un mouvement spécial de la Terre que l'on doit attribuer l'augmentation de l'ascension droite du Soleil, ainsi que la différence qu'elle crée entre le temps sidéral et le temps moyen. Un jour sidéral équivalant à l'intervalle entre deux passages consécutifs d'une même étoile au méridien et étant mesuré par 23 heures 56 minutes de temps solaire moyen, il représente la vraie période de révolution de la Terre autour de l'axe passant par ses pôles.
Mais comme le Soleil retarde, tous les jours d'environ quatre mi-nutes et comme il doit être considéré comme fixe, la différenoe de quatre minutes (où d'un degré d'arc) ne peut être
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due qu'à un déplacement de l'équateur, c'est-à-dire à un mouvement de la Terre.
L'instrument qui sera décrit ci-après permet d'expliquer parmi plusieurs autres phénomènes :
1 .- Que la Terre et par conséquent aussi, le plan du méridien tourne dans un sens contraire à celui de la rotation de l'axe terrestre.
Que l'ampleur de ce mouvement rétrograde équivaut précisément au déplacement du méridien de l'angle correspondant aux quatres minutes qui distinguent la durée du jour sidéral de la durée du jour solaire, c'est-à-dire à l'augmentation que subit quotidiennement l'ascenSion droite du Soleil.
3 .- Que le plan de l'équateur tourne nécessairement avec la Terre autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique et engendre ainsi la variation connue sous le nom d'équation du temps.
4 .- Que la rotation rétrograde de la Terre a lieu autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique et qu'une légère variation de ce mouvement de rotation donnerait lieu à la precession des équinoxes.
Le déplacement du méridien dû à la rotation de la Terre en sens contraire est, en réalité, oausé par l'effet gyroscopique qu'engendre la rotation diurne de la Terre autour de l'axe passant par ses p8les ; grâce à cette rotation, le plan passant par ces pôles reste constamment parallèle à lui-même. On désigne habituellement par "non relatif le mouvement subordonné à cette condition et qui diffère de celui de la Lune ; celle-ci présente en effet à la Terre invariablement la même face et tourne une fois sur son axe pendant qu'elle effectue une révolution autour de la Terre, les deux rotations étant de même sens.
On peut toujours démontrer qu'un corps ne peut tourner autour d'un point fixe sans tourner, en même temps, autour d'un axe perpendiculaire au plan de sa rotation ; il
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sten suit que la Terre doit tourner autour d'un pareil axe comme le fait la Lune, les effets de la rotation de la Terre étant, toutefois, réduits par la rotation rétrograde décrite précédemment et résultant des deux rotations qui ont lieu en môme temps. En effet, s'il n'y avait pas de rotation rétrograde, le Soleil aurait atteint régulièrement le point culminant de sa oourse toutes les 23 heures 56 minutes et, chaque jour, les étoiles passeraient au méridien quatre minutes avant le Soleil.
De même s'il n'y avait pas de rotation directe (comme dans le cas de la Lune) chacun des pales de la Terre décriraient dans l'espace, une circon. férenoe entière, pendant que la Terre accomplirait une Révo. lution.-
L'instrument faisant l'objet de lt invention est basé sur les considérations ci-dessus et rend bien plus facile l'étude du mouvement quela Terre effectue par rapport au Soleil. Grâce à cet instrument, l'étudiant saisit. la question qu'il ne pourrait autrement pénétrer s'il ne possède des connaissances mathématiques bien supérieures à celle$dont dispose un¯,.individu moyen.
L'instrument comprend, d'abord, un socle en toute matière appropriée et constitué, de préférence, par un trépied ou montant en fer, suffisamment stable. Un pivot en acier, ou autre métal, loge dans un moyeu à la partie centrale du socle et porte un bras rotatif radial.
Sur le pivot même, ou sur un élément prolongeant le pivot, est établi un disque gradué circulaire en matière transparente, ou en celluloïd, en métal etc... fixé par un écrou molette, ou par un organe analogue, à l'extrémité supérieure du pivot. Le centre de cet écrou, ou vis, correspondant au centre du disque, peut représenter le Soleil et porter, éventuellement une petite ou autre source de lumière artificielle pour éclaira le globe qui sera décrit ciaprès.
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Le disque circulaire doit représenter le plan de l'écliptique ; il est divisé près de son bord extérieur, sur sa surface supérieure, en mois et jours et peut, dail- leurs, porter également des divisions en degrés et en heures en même temps que les signes du zodiaque des cercles azimutaux, des cercles d'amplitudes etc. Le bras radial présente un moyeu à chacune de ses extrémités, le moyeu interne étant perforé de façon à entourer exactement le pivot central autour duquel tourne le bras ; la perforation du moyeu ex- téfieur est oreusée de manière à entourer une broche rotative parallèle au pivot central, ces deux éléments étant par conséquent perpendiculaires au plan du disque.
A son bout supérieur, la broche porte un prolongement qui y est fixé invariablement, ou qui en fait pastie et qui porte lui-même un pivot invariablement fixé ou faisant partie de ce prolongement , le pivot est convenablement orienté pour constituer axe polaire.
Sur cet axe est monté un globe rotatif représentant la Terre et portant les cerdles conventionels, comme de coutume. Le bras radial se prolonge au-delà du moyeu externe et présente un support faisant partie du bras ou y étant fixé au moyen de vis. Le support est destiné à retenir un écran hémisphérique creux monté sur un épanouissement du support et entourant une partie du globe ; le globe se trouve ainsi constamment à l'intérieur de l'écran par une de ses moitiés mais peut tourner sans toucher à l'écran.
L'écran peut être fait en toute matière appropriée par exemple en aluminium, en celluloïd etc.., il présente un prolongement, grâce auquel on peut règler la position qu'il occupe sur le bras radial ;il est fixé à l'aide d'une ou de plusieurs vis auxquelles on peut donner une longueur suffisante pour s'en servir comme de poignée et manoeuvrer l'écran. On peut, aussi bien, fixer l'écran à un cercle méridien du bras radial, comme il sera montré ci-après.
Une particularité essentielle de l'écran consis.
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te dans l'ouverturecirculaire qui est taillée dans sa paroi supérieure et qui vient se placer immédiatement audessus et dans le plan du cercle arctique tracé sur le globe quand le globe est supposé âtre au solstice d'hiver.
L'ouverture circulaire sera décrite plus loin en détail.
La broche qui tourne dans le moyeu externe du bras radial comporte ine crosse assujettie invariablement à son bout Inférieur, en dessous du moyeu. Une vis de calage et un écrou servent à fixer la crosse et à en régler la position. La crosse se prolonge latéralement et constitue poignée permettant de manoeuvrer la broche et de déplacer le bras radial autour du pivot central. Elle porte un index qui y est fixé ou en fait partie et qui s'étend perpendiculairement aux poignées latérales, pour que l'axe polaire puisse conserver une position invariable.
Au dessus dé l'écran opaque on peut adapter un méridien ou un cadran gradué, en le fixant à l'écran ou en le montant à charnière sur le support qui prolonge le bras radial, de façon à pouvoir éloigner temporairement ces éléments, quand on veut utiliser le globe pour enseigner la géographie, ou à pouvoir utiliser le .méridien gradué seul et non l'écran. On pourra actionner la broche depuis le pivot central à l'aide d'engrenages. Néanmoins, le dispositif à crosse convient tout particulièrement car il permet de faire tourner la broche sans avoir à déplacer le bras radial.
Aux dessins ci-annexés ;
La Fig. 1 montre l'instrument en élévation.
La Fig. 2 est une vue en plan se rapportant à la Fig.1 et montrant le globe en différentes positions.
La Fig. 3 fait voir une autre forme d'exécution du support de l'écran lequel est combiné à un cadran méridien figé rigidement, ou articulé, au prolongement du bras constituant support:-
Diaprés Fig. 4 on: se rend Dompte de l'usage
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qu'on peut faire de l'écran opaque.
Comme on le voit à la Fig. l, le socle 1 présente un moyeu 2 à l'intérieur duquel est engagé le pivot 3. Ce- lui-ci est fixé au moyeu 2 à l'aide d'une vis de calage 4 ou d'un organe analogue. Le disque en cellulold 6, représentant le plan de l'écliptique, est maintenu par un collier 7 sur le prolongeaient du pivot 4 ; il y est fixé par un écrou moletté 8.
Le bras radial 9 comprend un premier moyeu 10 qui tourne fou sur le pivot 3 et un second moyeu 11 situé en son extrémité. La broche 12 peut tourner à l'intérieur du moyeu 11, le prolongement 13 porte le pivot polaire 14 autour duquel peut tourner le globe 15. Le support 16, présentant un épanouissement 17 retient l'écran hémisphérique opaque 18 par l'intermédiaire d'un prolongement 19 faisant corps avec l'écrou , ou y étant fixé. Ce prolongement est fixé au support 17 à l'aide de la vis 20 qui s'étend jusqu'en 21 ou elle constitue poignée, et qui sort à déplacer le bras radial 9 autour du pivot 13.
A la partie supérieure de l'écran 18 on a percé une ouverture circulaire 22 que l'on peut se figurer comrae divisée en 24 heures et fractions de manière constituer cercle des temps ainsi qu'il sera expliqué en détail. Dans la position représentée, l'ouverture circulaire coïncide avec le cercle polaire 30, mais dans d'autres positions, ces deux cercles se coupent ; cette disposition a été choisie dans un but spécial qui sera élucidé plus loin.
La crosse 23 est montée rigidement sur la broche 12 par l'intermédiaire d'un moyeu passant sur l'extrémité inférieure de la broche et fixé par une vis de calage 26 et un écrou 24, ou par, des moyens analogues. La crosse se prolonge en 27 et forme des poignées de manoeuvre pour la broche 12, comme on voit plus clairement à la Fig. 2 ; elle porte un indes: 28 qui marque la direction de l'axe polaire.
La Fig. 2 représente l'instrument vu en plan,
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les éléments étant dé signés par les mêmes chiffres que sur la Fig. 1. Grâce à la poignée 21, on peut faire mouvoir le bras radial 9 le long d'un cercle entourant le pivot central 3. Le globe 15 peut prendre toutes les positions sur le cercle, telles que A.B.C.D. qui correspondent respectivement aux solstices d'hiver et d'été, aux équinoxes de printemps et d'automne. Quand on se sert des poignées 27 de la crosse pour faire tourner le bras 9, ces poignées restent parallèles à la position qu'elles occupaient au début en A, l'index 28 et avec lui l'axe polaire 22 pointant constamment vers le nord, supposé en N.
A la position B (équinoxe du printemps) située à 90 de la position B, le cercle 22 de l'écran 18 s'est déplacé de 90 avec le bras radial ; il ne coïncide donc plus aveo le oercle polaire 30, et le pale 29 n'est plus au centre du cercle 22, comme en A.
Le globe occupant la position 0 (solstice d'été) à 1800 de la position 2, le cercle 22 de l'écran a complètement abandonné le cercle polaire 30 lequel est entièrement en dehors de la -- ,. face plane 32 de l'écran qui sépare la région "nuit" de la région "jour". Il est clair que quand le globe occupe cette position et tourne autour de l'axe polaire 29, il est éclairé sans desse par le soleil, 24 heures durant.
Dans la position D ( équinoxe d'automne ) le cercle 22 vient de nouveau couper le cercle polaire 30 sur un cadran opposé à celui qu'il occupait dans le cas de la position B. Le globe revenant à sa position primitive A, les deux cercles coïncident à nouveau.
Bien entendu, en toutes positions intermédiaires (non représentées), les cercles se coupent mutuellement sur des segments variables, selon la distance que le globe a franchi sur son orbite.
Le cercle polaire est divisé en 24 heures et on peut diviser pareillement l'ouverture circulaire 22. Les segments sur lesquels les deux cercles viennent se couper
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pendant que le globe effectue une révolution, mesurent, en heures et fractions d'heures, la différence entre le temps sidéral et le temps solaire, en un jour quelconque de l'année.
La Fig. 3 se rapporte à une autre forme d'exécution. Ici, l'écran opaque 18 est adapté à un méridien, ou cadran gradué 37 relié rigidement, ou articulé, au support 5 et au prolongement 16 du bras radial 9 ; l'écrou 18 que l'on voit sectionné par un plan vertical est fixé au méridien par des tenons s'engageant dans des oeillets, de manière à constituer charnière. Le globe 15 est établi sur le pivot polaire 14, comme dans le oas précédent. Un cercle gradué horizontal 41, indiqué en traits interrompus, est adapté au méridien 37 concentriquement au globe 15, Quand on fait -tourner le bras radial 9 autour du pivot central (Fig.l), le méridien qu'il porte en 38 passera par les divisions des jours et les autres divisions marquées sur le bord du disque 6.
Quand on rait tourner le globe 15 en agissant sur la broche 12, la ligne 25 du méridien qui coupe l'équateur en 40, marquera sur 1''anneau gradué 41 un certair nombre de divisions exprimées en degrés, ou en heures et en fractions de degrés ou d'heures ; ces divisions seront lues en même temps que celles que l'index méridien 38 marque sur le disque 6.
Cette lecture représentera la valeur de l'angle dont 1@ globe 15 aura tourné autour de son axe par rapport à celle de l'angle que le globe franohit dans sa révolution autour du pivot central, quand on fait tourne autour de ce pivot le bras radial, elle servira de moyen de contrôle pour des mesures semblables faites sur le plus petit cercle 22 de l'écran 18, décrit ci-après,
La Fig. 4 est un diagramme montrant en détail la façon dont se coupent les deux cercles ; on suppose que les différents éléments occupent la position B, (Fig.2).
On suppose aussi que l'écran opaque 18 avec son ouverture 22 tourne dans la direction de la flèche 36 autour de l'axe
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X, perpendiculaire au plan du disque 5 (Fig. 2). Quand au globe 15, il est censé tourner avec le cercle polaire 30, autour de l'axe polaire 29 dans la direction de la flèche 43.
On peut d'ailleurs démontrer que le globe 15 tourne autour de l'axe X suivant la direction de la flèche 35, c'est-à-dire qu'il effectue la rotation précédemment mentionnée. Le diagramme sert à faire voir les changements qui ont lieu depuis que le globe a abandonné la position A (fig. 2) jusqu'à de qu'il ait atteint la position B représentée sur la même figure. Quand le globe est à la position B la paroi plane 32 de l'écran 18 a une direction est-ouest désignée par E-W sur le diagramme de la fig. 4, l'éorou ayant tourné de 90 .
Quand le globe passe de A en B (Fig. 2) le bord 32 de l'écran 18 prend successivement x,m, x n, x q, x r, x s, x t, x u, x v, x w, x y. Les différents ppints par lesquels passe le bord sont autant de divisions marquant des heures dur le cercle arctique 30 le bord 32 de l'écran coupant le cercle en Y, marque 12 heures de jour à l'intérieur du cercle arctique.
Mais il s'agit de la position B (Fig. 2 ; équinoxe du printemes 12 divisions horaires resteront à l'intérieur de l'écran opaque 18, comme c'est indiqué par les traits interrompus 33, la durée du jour étant égale à celle de la nuit sur toute la Terre.
-- On voit en outre, que tandis que l'écran 18 continue à tourner autour de l'axe X, le bord 32 de l'écran'vient à la position C (Fig. 2) après avoir passé sur les traits interrompus 33 (Fig. 4), et marquera un nouveau segment de 12 heures ; le cercle arctique sera alors complètement en dehors de l'écran 18.
Pour la position D du globe, corresp à l'équinoxe d'automne, l'écran 18 occupe la position indiquée (Fig. 2) et marque de nouveau 12 ligures de nuit et 12 heures de jour, comme si le diaamme de la Fig. 47 était retourné.
Ces conditions se réalisent deux fois à chaque révolution qu'effectue le globe, le bord 32 de l'écran divisant en deux
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parties égales le cercle arctique 30.
Quand le globe est revenu en A (Fig. 2) l'écran 18 a repris sa position initiale le solstice d'hiver et le cercle arctique 30 coïncide à nouveau avec l'ouverture ciroulaire 22, ce cercle se trouvant entièrement compris à l'intérieur de l'écran, marque, par conséquent, 24 heures de nuit.
On peut se représenter facilement toutes les variations intermédiaires de la durée du jour et de la nuit.
La rotation diurne qu'effectue normalement la terre autour de l'axe polaire est indiquée par la flèche 40, indépendamment de la rotation du globe 15 et de l'écran 18 autour de l'axe X.
Le rôle de l'ouverture circulaire 22, percée dans l'écran opaque 18 est le suivant :
Pendant que cet écran tourne autour de l'axe X , l'ouverture circulaire 22, qui coïncide en A (Fig. 2) avec le cercle arctique, continue à couper le cercle arctique en toutes les positions intermédiaires, sauf dans la position C, pour laquelle les deux cercles sont tangants.
Le diagramme de la Fig. 4 fait voir les points d' intersection des cercles 22 et 30, depuis le point zéro pour lequel les cercles coïncident. La première intersection horaire a lieu en a et les intersections successives en b , c, d, e , f, s'étendant sur une période de 6 heures, après laquelle le cercle occupe la position 22, comme en B (Fig.2). L'aire correspondant à l'intersection est repré sentée comme décrite par des rayons émanant de centres successifs distribués uniformément le long d'un cercle 34 ; celui-ci représente le lieu géométrique de l'axe polaire 29 par rapport au cercle 22, quand le globe effectue une révolution complète.
Si l'on imagine que l'écran 18, continuant à se déplacer, arrive en C (Fig. 2) ce cercle 22 continuera à couper le cercle arctique 30 aux points g, h, i, j, k, l,couvrant six heures entre les positions et C (Fig. 2) Ces
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heures représentent la différence entre le temps sidéral et le temps solaire, ou le retard que marque le soleil, par rapport au temps sidéral, depuis l'équinoxe du printemps jusqu' au solstice d'été, retard qui équivaut aussi à l'accroissement de l'ascension droite du Soleil indiquée sur le cercle horaire 44, le 21 Juin (Fig. 2).
Du diagramme, on peut déduire que l'écran 18 continuant à tourner autour de l'axe 7, le cercle 22-passera par les points horaires situés au-delà de 1, tels que m, n, 0,1 Le bord 32 de l'écran précédera toujours les intersections des cercles désignés par les droites xm, xn xo, etc., comme il a été expliqué précédemment ; il marquera donc les heures de jour et les heures de nuit, comprises dans le cercle arctique.
On notera que l'arc intercepté par un quelconque des rayons vecteurs, par exemple par xy, équivaut au double de l'arc que le cercle 22 intercepte en f. L'arc yf est égal à 90 et l'arc xy à 180 .-
Le cercle 22 situé sur l'écran 18, peut être constitué par une ouverture circulaire découpée dans l'écran, ou bien par 24 orifices rangés le long d'un cercle et représentant des heures de manière que, dans de dernier cas, le cercle arctique se déplaçant au-delà du centre de chaque ouverture soit l'équivalent du cercle d'intersection considéré précédemment. Si l'écran est fait en celluloïd transparent, on pourra graver le cercle 22 et les divisions horaires sur sa surface.
D'après ce qui précède, et en examinant le diagramme de la Fig. 4, on voit que le plan de basé de l'ombre de la Terre et représenté par le bord 32 de l'écran 18, ne cesse de tourner dans l'espace autour d'un axe tel que X, per- pendiculaire au plan de l'écliptique. On voit, de même que ce plan. coupes, successivement le cercle arotique, tracé sur le globe en des points uniformément répartis ; les différentes intersections divisent en heures et fractions d'heures la période de jour ou de nuit comprise à l'intérieur du cercle arc-
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tique et correspondant a un jour quelconque de l'année.
On voit aussi qu'un cercle de l'ombre terrestre tangent au plan de la base, et représenté par le cercle 22 de l'écran 18, coupera le cercle arctique du globe en des points régulièrement espacés et divisera ainsi en heures et en fractions d'heures la période qui mesure le retard du Soleil par rapport au temps sidéral à partir de l'équinoxe du printemps, comme on le mesure ordinairement.
L'écartement angulaire des différentes intersections étant égal à l'accroissement que subit, durant la période correspondante, l'ascension droite du Soleil, on peut les considérer comme représentant simultanément la différence entre le temps sidéral et le temps solaire et l'accroissement de l'ascension droite du Soleil,
L'instrument peut être. construit non seulement suivant le modèle salaire qui vient d'être décrit, mais aussi suivant un modèle de haute précision dans lequel les plans et cercles essentiels seraient fait en métal, gradués à la machine et pourvus de verniers et de microscopes, On pourra établir le plan de l'écliptique exoentriquement sur le pivot central de manière à reproduire les conditions réelles du mouvement de la Terre.
Bref, on pourra faire de cet appareil un instrument de haute précision, permettant détudier de près les mouvements décrits.