Cours de Physique

Cours de Physique
Classes de 3e BC
Dan Neri
Version 2014-2015

Lycée Aline Mayrisch – Département de Physique
Document basé sur le cours de A. Dondelinger (LJBM) et A. Robinet (LRSL)
Retravaillé et mis en page par D. Neri et C. Schmitz (LAML) à l’aide de L
A
T
E
X et KOMA-Script
Version du 29 août 2014

Table des matières
A. Mécanique 7
I. Forces 9
1. Rappels ........................................ 9
1.1. Effets et caractéristiques d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2. Représentation d’une force par un vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3. Notation de la force ~ F................................ 9
1.4. Mesure et unité d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2. Forceetdéformation................................. 11
3. Principe d’inertie (1er principe de Newton) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4. Principe des actions réciproques (3eprincipe de Newton) . . . . . . . . . . . . . . 13
5. Notiond’équilibre................................... 15
6. Équilibre d’un corps soumis à deux forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6.1. Étudeexpérimentale ................................. 15
6.2. Conditiond’équilibre ................................. 16
6.3. Applications...................................... 17
7. Équilibre d’un corps soumis à trois forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
7.1. Étudeexpérimentale ................................. 18
7.2. Conditiond’équilibre ................................. 20
7.3. Méthode de résolution d’un problème à trois forces . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7.4. Projection d’un vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
7.5. Décomposition d’un vecteur suivant des directions quelconques . . . . . . . . . . 23
8. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
II. Le moment d’une force 27
1. Lelevier........................................ 27
2. Équilibred’unlevier.................................. 28
3. Définition du moment d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1. Théorèmedesmoments ............................... 31
3

Table des matières
4. Méthode de résolution d’un problème à moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
III. Machines simples 35
1. Lefil ......................................... 36
2. Lespoulies ...................................... 36
2.1. Pouliefixe....................................... 36
2.2. Pouliemobile ..................................... 38
2.3. Palan ......................................... 39
3. Planincliné ...................................... 40
IV. Travail et puissance d’une force 43
1. Le travail au sens physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2. La règle d’or de la mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3. Définition du travail d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.1. Force et déplacement de même direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2. Force et déplacement de directions différentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. Lapuissanced’uneforce............................... 47
5. Définition de la puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
V. Énergie mécanique 51
1. Différentes formes d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2. Énergiecinétique................................... 52
3. Energiespotentielles ................................. 52
3.1. Énergie potentielle de pesanteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2. Énergie potentielle élastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4. Transferts et transformations d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1. Transfertsd’énergie ................................. 54
4.2. Transformations d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5. Conservation de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
B. Électricité 59
VI. Courant électrique et intensité du courant (Rappels de 4e) 61
1. Lecourantélectrique................................. 61
1.1. Généralités ...................................... 61
1.2. Sens conventionnel du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2. Intensité du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.1. Intensité et section du conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2. Mesure de l’intensité du courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3. Analogie avec un circuit d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4

Table des matières
3. mAh / Ah : deux autres unités de la charge électrique . . . . . . . . . . . . . . . 67
4. Lois des intensités en série et en parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1. Lecircuitensérie................................... 68
4.2. Lecircuitenparallèle................................. 69
VII. Tension et puissance électrique 71
1. Transferts et transformations d’énergie dans un circuit électrique . . . . . . . . . 71
2. Tensionélectrique .................................. 71
2.1. Notion de tension électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2. Instrumentdemesure ................................ 72
3. Loisdestensions ................................... 73
3.1. Circuitensérie .................................... 73
3.2. Circuitenparallèle .................................. 73
4. Energie et puissance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
VIII. Relation entre tension électrique et intensité du courant électrique 77
1. Laloid’Ohm ..................................... 77
1.1. Expérience ...................................... 77
2. La résistance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3. Facteurs influençant la résistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.1. Influencedelalongueur ............................... 80
3.2. Influencedelasection ................................ 80
3.3. Influencedumatériau................................. 81
3.4. Résistivité....................................... 81
3.5. Résistance et température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
IX. Lois générales des circuits électriques 85
1. Lecircuitensérie................................... 85
2. Lecircuitenparallèle................................. 86
3. Exercices supplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
C. Thermodynamique 91
X. Température et modèle corpusculaire 93
1. Agitationthermique ................................. 93
2. Etats d’un corps (états d’agrégation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3. Le zéro absolu et les échelles de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
XI. Energie interne 97
1. Origine et définition de l’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2. Relation entre énergie interne et température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5