INTRODUCTION (université de Djelfa)

INTRODUCTION
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INTRODUCTION
SOMMAIRE
 Définition de la Physique.
 Les branches de la Physique au début du 20ème siècle.
 Relativité restreinte et mécanique quantique.
 Définition de la mécanique.
 Histoire résumée de la mécanique.
 Méthode scientifique.
 Mesure et grandeurs fondamentales.
 Unités étalons et grandeurs dérivées.
 Modèle physique (approximation du point matériel, modèle du solide
indéformable).
La physique est la science qui a pour but d’étudier les composantes de la matière, leurs
interactions mutuelles ainsi que leurs évolution dans l’espace et dans le temps. A la lumière
des ces données, la physique explique et prévoit les propriétés de la matière, et les
phénomènes naturels que nous observons.
Jusqu’au début du XXème la physique comptait cinq branches principales plus ou moins
indépendantes entres elles, ces branches sont : La mécanique ; La thermodynamique ;
L’électromagnétisme ; L’optique ; et L’acoustique. Ces différents domaines de la physique
étaient capables d’expliquer la plupart des phénomènes connus à l’époque. Mais la
subsistance de quelques phénomènes rebelles allait s’avérer déterminante pour l’évolution de
la discipline. C’est ainsi qu’apparut la théorie de la relativité restreinte en 1905, suivie de la
théorie de la mécanique quantique en 1923, ouvrant la voie à la physique dite moderne par
opposition à la physique classique précédemment citée. Cette évolution dans les concepts
physiques a eu pour résultat de briser les barrières entres les différentes disciplines de la
physique menant ainsi a une vision plus globale et unifiée des phénomènes physiques (bien
que les différentes branches citées continuent a être enseignées séparément).
En physique fondamentale la branche qui étudie les propriétés du mouvement est appelée
Mécanique, elle est elle même divisée en deux parties, d’abord la Cinématique qui est l’étude
de la géométrie du mouvement, ensuite la Dynamique qui prend en considération les causes
du mouvement (notion de forces).

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HISTORIQUE
Le commencement de la mécanique marque aussi le commencement de la physique.
L’histoire conventionnelle situe le début de la mécanique en tant que science réelle en 1610,
date où Galileo Galilei écrit « l’essayeur » et où il considère que le grand livre de l’univers est
écrit en langage mathématique, de cette union entre nature et mathématique va naître
l’invention la plus prolifique du genre humain qui est la méthode scientifique. « Les
discours » de Galilei écrits en 1638 sont une ébauche magistrale de ce que devrait être plus
tard un modèle de méthode scientifique. Mais la mécanique n’atteint le statut de science
indépendante qu’en 1687 avec la parution des « principes » de Newton . A partir de cette date
la mécanique ne cesse d’évoluer sous l’influence de grands noms tel que d’Alembert,
Lagrange, Gauss, Bernoulli ….. L’avènement de la relativité restreinte (Einstein 1905) et de la
mécanique quantique semble reléguer la mécanique classique ou newtonienne au rôle
d’approximation grossière. En fait non seulement la mécanique classique avait survécue, car
elle donnait de très bons résultats pour des masses assez grandes et des vitesses peu élevées
par rapport à la vitesse de la lumière, mais aussi en ajoutant à cette théorie les notions d’atome
et de champ elle devient capable d’expliquer un très grand nombre de phénomènes physiques
tel que les grandeurs thermodynamiques classiques et électromagnétiques. Sans oublier que
du point de vue historique et pédagogique la mécanique est le modèle de méthode scientifique
par excellence sur lequel se sont réglées toutes les autres disciplines expérimentales.
METHODE SCIENTIFIQUE ET MESURE
La démarche scientifique qui consiste en une suite Observation-Raisonnement-
Experience nous semble si évidente aujourd’hui qu’on a peine a croire qu’elle n’existe que
depuis cinq siècles. En fait si nous observons la démarche de plusieurs hommes de sciences
depuis l’antiquité et dans la plupart des civilisation nous remarquons que cette méthode – bien
que différente d’une personne à une autre – existait sous une forme rudimentaire et non
codifiée.
L’absence d’une méthode scientifique explicite était dû essentiellement à l’imperfection
des mesures et des modèles utilisés.
Mesurer une grandeur c’est lui donner une valeur numérique (mesurer la position d’un
astre dans le ciel et étudier son mouvement c’est lui assigner des coordonnées à chaque
période de l’année), c’est aussi définir cette grandeur (angles et distances). Donc une
observation sans mesures précises ne pourrait aboutir qu’a des résultats qualitatifs, ces
derniers ne pourrait en aucune façon nous mener à un modèle expérimental adéquat. Les
grandeurs fondamentales mesurées en physique sont les longueurs (espace), les intervalles
de temps, les masses (quantité de matière), et les charges électriques (courant électrique).
Pour pouvoir mesurer ces grandeurs nous prenons des références que nous appelons étalons
(par exemple une coudée pour les petite distances ou la distance terre soleil pour les distances
astronomiques ; la période de vibration d’un atome ou l’oscillation d’un pendule pour de
petites périodes ou l’année de révolution terrestre pour de grandes périodes ;…), les étalons
ainsi utilisés nous définissent un système d’unités. Le système d’unité adopté
internationalement est le système (MKSA), où l’unité de longueur est le mètre ; l’unité de
temps est la seconde ; l’unité de masse est le kilogramme ; et l’unité de courant est l’ampère
(que vous verrez au module d’électricité). A partir de ces quatre grandeurs nous pouvons
obtenir des grandeurs dérivées (vitesse, accélération, énergie, …..) qui servent à décrire
différent phénomènes physiques.

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Le modèle physique utilisé a une importance considérable dans la compréhension du
phénomène. Par modèle nous voulons dire une schématisation de la réalité physique (par
exemple l’approximation du point matériel), d’où le modèle doit prendre en compte tous les
facteurs influents sur le phénomène de manière significative, en faisant un minimum
d’approximations.
Dans l’approximation du point matériel nous considérons que tous les corps interagissant
entre eux sont représentés dans l’espace par des points de masses différentes. Dans ce modèle
nous ne pouvons pas étudier la rotation des corps autours de leurs centres de gravités
respectifs. Donc pour prendre en compte cette rotation nous utiliserons non pas le modèle de
point matériel mais celui de solide indéformable.
Le module de mécanique I de cette année comprend l’étude de la mécanique du point
matériel, de la mécanique d’un système isolée de particules (chocs élastiques et inélastiques,
introduction à la théorie cinétique des gaz), dynamique d’un solide indéformable, et enfin si
nous le pourrons quelques éléments de la statique des fluides.