Animation réalisée en collaboration avec le Musée des arts et métiers - Paris.

Le principe de fonctionnement de toute horloge mécanique repose sur la combinaison des trois fonctions suivantes:

• Une source d'énergie qui permet d'entretenir le mouvement de rotation (ici un poids moteur).
• Un régulateur: Un pendule (ou balancier) donne une référence de temps précise et invariable. Le système d’échappement, couplé au pendule, permet de cadencer la libération de l’énergie.
• Un affichage: des graduations et des aiguilles donnent accès à l’information.

L'échappement est généralement à ancre comme sur cette animation. Pour de petits angles (<5°) d’oscillation du balancier, on approche de la condition d'isochronisme: la période du pendule ne dépend pratiquement que de sa longueur et de la gravité du lieu  (mais pas de la masse du pendule ni des amplitudes d’oscillations). Par exemple, à Paris, un pendule d’un mètre a une période de deux secondes. En allongeant le pendule on augmente la période des oscillations.

Compter les jours, c'est simple. Le cycle jour/nuit est perceptible en tout point de la Terre (sauf parfois aux pôles).

Compter les mois est plus compliqué. Initialement basé sur le cycle lunaire de 29.5 jours, on ne pouvait pas l'arrondir à 30 car 12 mois de 30 jours (360 jours) ne faisaient pas une année.

Toute la difficulté vient de l'année qui ne fait pas un nombre entier de jours. La Terre tourne autour du Soleil en 365.2425 jours soit pratiquement 365 jours + 1/4 de jour (365.25). Si on néglige ce 1/4 de jour, alors on cumule des décalages qui peuvent amener le mois de janvier en plein été (au bout de 800 ans).

C'est en 46 avant JC, sous le régne de Jules Cesar, que cette réforme de l'année bissextile a été entreprise. Ce calendrier se nomme pour cela le calendrier "julien". Il fut à nouveau réformé en 1582 par le pape Grégoire XIII.

Nous savons tous que c'est la Terre qui tourne autour du Soleil. Mais pour nous, qui sommes sur la Terre, c'est le Soleil que nous voyons tourner autour de la Terre d'est en ouest. C'est ce qu'on appelle la course apparente du Soleil. Celle-ci varie au cours des saisons. Elle varie d'autant plus que la latitude du lieu d'observation est élevée.

Remarque:

• Cette animation illustre la course apparente du Soleil pour un habitant de l'hémisphère nord entre 40° et 50° de latitude. Un habitant de l'hémisphère sud voit le Soleil vers le nord mais toujours d'est en ouest.
• Les heures sont exprimées en temps solaire: midi (12 heures) est l'instant où le Soleil atteint son élévation maximale.

Quelle heure est-il ?

A chaque pression sur le bouton [rewind], vous fixez une nouvelle heure de façon aléatoire.
Survoler la montre à cadran pour faire apparaître ses aiguilles. L'élève peut alors les faire tourner (non embrayées) afin de vérifier s'il sait écrire/dire l'heure.
La case à cocher "solution" permet d'afficher l'écriture exacte.

L'alternance jour nuit provient de la rotation terrestre face au Soleil. Une montre est à votre disposition pour afficher l'heure solaire. Midi est alors l'heure de la journée à laquelle l'ombre de tout objet est minimale.

La configuration représentée est celle du solstice d'été. L'inclinaison de la terre provoque à cette date une forte inégalité de la durée du jour entre les villes d'un même méridien. 

La Terre tourne autour du Soleil mais dans notre référentiel géocentrique, c'est le Soleil qui semble tourner autour de la Terre. Ce mouvement périodique est à la base du principe de fonctionnement du cadran solaire. L'ombre projetée par le "gnomon" indique les heures de la journée.