Intro générale
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Contact pour tout ce qui concerne le cours de Physique Stéphane Swillens bâtiment C (celui des Presses) niveau 4, bureau C4.131 tél: (02 555) 4160 email: [email protected] site: http://www.ulb.ac.be/medecine/iribhm/swillens/ et… la chemise rouge Programme de l'année Les prérequis sont supposés acquis… mathématiques élémentaires, cinématique, dynamique, statique, mouvement de rotation, énergie et sa conservation. (Kane & Sternheim: annexe B et chapitres 1 à 6) Tout le cours est donné au 1er quadrimestre (Q1) 48h de cours + 18h de séminaire Les grands titres sont ceux des chapitres (K&S): 7 à 9 (compléments de mécanique) 13 à 15 (mécanique des fluides) 21 à 24 (ondes) 30 et 31 (physique «moderne») Et des applications biomédicales… Démarche en Sciences Observation voir, entendre, ressentir, … Prédiction modèle => nouveautés Vérification modèle => observations Compréhension imagination créative Modélisation schéma, logique, math... Application résolution de problèmes, développements pratiques, ... Observation voir, entendre, ressentir, … Prédiction modèle => nouveautés Compréhension imagination créative Soyez curieux Vérification Modélisation modèle => observations et schéma, logique, math... inventif Application résolution de problèmes, développements pratiques, ... Un caddie sur un sol plat bien lisse: 10 observations (voir, entendre, ressentir…) à expliquer: Je choisis d'abord un vieux caddie (les roues font crouic-crouic!): 1. je le mets en mouvement: c'est très dur 2. une fois mis en mouvement, je le lâche: il s'arrête aussitôt Je choisis un caddie tout neuf (qui roule sans faire de bruit): 3. je le mets en mouvement: c'est très facile 4. une fois mis en mouvement, je le lâche: il continue tout droit sur sa lancée Mon petit cousin, farceur, s'en mêle pour mettre ce caddie en mouvement: 5. il pousse avec moi en avant: la mise en mouvement est encore plus facile 6. il tire en arrière: la mise en mouvement est plus difficile (mais c'est moi le plus fort!) 7. il se met devant et pousse le caddie latéralement: la mise en mouvement est facile, mais le caddie dévie de sa trajectoire rectiligne et tourne Je charge le caddie de 3 grands bacs de boisson: 8. je le mets en mouvement: c'est très dur 9. une fois mis en mouvement, je le lâche: il continue tout droit sur sa lancée 10. je veux l'arrêter en le retenant: je suis entraîné par lui avant qu'il ne s'arrête enfin Je choisis d'abord un vieux caddie (les roues font crouic-crouic!): 1. je le mets en mouvement: c'est très dur 2. une fois mis en mouvement, je le lâche: il s'arrête aussitôt Je choisis un caddie tout neuf (qui roule sans faire de bruit): Je charge le caddie de 3 grands bacs de boisson: 8. je le mets en mouvement: c'est très dur 9. une fois mis en mouvement, je le lâche: il continue tout droit sur sa lancée accélération variation de vitesse en un certain temps poussée inertie force masse d’inertie (a v/ t) notions de grandeur, direction, sens vecteur! a = Frésultant de la combinaison des poussées minertie v en sommant les v a t x en sommant les x v t (intégration!) (intégration!) La balle tombe en accélérant (la vitesse croît au cours du temps) Puisqu'il y a accélération, c'est qu'il y a une force qui agit sur la balle Une des quatre forces fondamentales est la force gravitationnelle La force gravitationnelle entre deux objets est causée par une propriété de la matière: la masse gravitationnelle La force gravitationnelle entre deux objets est fonction de leur masse gravitationnelle de la distance séparant les deux objets (mgravit,1)(mgravit,2) Fgravit G r2 (mgravit,1)(mgravit,2) Fgravit G r2 A la surface terrestre: m gravit, terre Fgravit, surf. terrestre m gravit, objet G 2 rterre Fgravit, surf. terrestre m gravit , objet .g Or a F g 10 m / s 2 m gravit,objet .g , donc a pesanteur minertie,objet m inertie, objet Einstein démontre: mgravit = minertie , donc apesanteur = g Supports écrits et aides Livre conseillé : "Physique" de Kane & Sternheim (Dunod, 3ème édition) (contient les énoncés d’exercices) Syllabus "Apprentissage de la Physique" (à acheter ou sur le site): à utiliser selon les instructions fournies en préface. Mise à niveau et concepts fondamentaux: "Coup de Pouce" (qui n'est pas un syllabus du cours: il y a à la fois trop et trop peu, et parfois dans le désordre!!!) I. II. III. IV. V. VI. Cinématique Dynamique Mouvement de rotation Lois de conservation Les fluides Oscillations et ondes téléchargeable: http://www.ulb.ac.be/medecine/iribhm/swillens/ Toute reproduction de ces notes strictement autorisée dans le cadre du cours PHYS-G-1010 enseigné en MEDE1 (ULB) Table des matières 1. Cinématique à une dimension 2 1.1 Notions élémentaires.............................................................................................................2 1.1.1 Intervalle 2 1.1.2 Axe de référence 2 1.1.3 Position et espace parcouru 2 1.2 Pour passer de la position à la vitesse, et de la vitesse à l'accélération.................................3 1.3 Pour passer de l'accélération à la vitesse, et de la vitesse à la position.................................5 1.4 Mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA)......................................................8 2. Cinématique à plus d'une dimension 9 2.1 Notions élémentaires.............................................................................................................9 2.1.1 Vecteur 9 2.1.2 Projections et composantes vectorielles 9 2.2 Un problème à n dimensions = n problèmes à une dimension ...........................................11 3. Ne pas oublier pour les problèmes de cinématique ..............................................................13 Table des matières 1. Cinématique à une dimension 2 1.1 Notions élémentaires..................................................................................... 1.1.1 Intervalle 2 1.1.2 Axe de référence 2 1.1.3 Position et espace parcouru 2 1.2 Pour passer de la position à la vitesse, et de la vitesse à l'accélération......... 1.3 Pour passer de l'accélération à la vitesse, et de la vitesse à la position......... 1.4 Mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA).............................. 2. Cinématique à plus d'une dimension 9 2.1 Notions élémentaires..................................................................................... 2.1.1 Vecteur 9 2.1.2 Projections et composantes vectorielles 9 2.2 Un problème à n dimensions = n problèmes à une dimension ..................... 3. Ne pas oublier pour les problèmes de cinématique ........................................ Table des matières 1. Force, accélération et inertie 2 1.1 Approche intuitive ................................................................................................................2 1.2 Lois de Newton .....................................................................................................................2 2. Types de forces 3 2.1 Force électrique.....................................................................................................................4 2.2 Force gravitationnelle ...........................................................................................................4 2.3 Forces de contact...................................................................................................................5 3. Technique de résolution 7 3.1 je fais un croquis du problème ..............................................................................................7 3.2 je choisis un système d'axes de référence .............................................................................8 3.3 j'écris une équation de Newton selon chaque axe pour chaque objet ...................................8 3.4 je résous le système d'équations algébriques ........................................................................9 4. Poids et poids effectif 10 4.1 Poids et force gravitationnelle terrestre ..............................................................................10 4.2 Que devient le poids d'un objet soumis à une accélération?...............................................11 5. Changement de référentiels 12 5.1 Référentiel d'inertie et lois de Newton................................................................................12 5.2 Référentiel non-inertiel et force fictive d'inertie.................................................................13 6. Et pour voir si j'ai compris... 15 6.1 ... la force de frottement ......................................................................................................15 6.2 ... le poids effectif ...............................................................................................................15 1. Force, accélération et inertie 2 1.1 Approche intuitive ............................................................................................................ 1.2 Lois de Newton ................................................................................................................. 2. Types de forces 3 2.1 Force électrique................................................................................................................. 2.2 Force gravitationnelle ....................................................................................................... 2.3 Forces de contact............................................................................................................... 3. Technique de résolution 7 3.1 je fais un croquis du problème .......................................................................................... 3.2 je choisis un système d'axes de référence ......................................................................... 3.3 j'écris une équation de Newton selon chaque axe pour chaque objet ............................... 3.4 je résous le système d'équations algébriques .................................................................... 4. Poids et poids effectif 10 4.1 Poids et force gravitationnelle terrestre ............................................................................ 4.2 Que devient le poids d'un objet soumis à une accélération?............................................. 5. Changement de référentiels 12 5.1 Référentiel d'inertie et lois de Newton.............................................................................. 5.2 Référentiel non-inertiel et force fictive d'inertie............................................................... 6. Et pour voir si j'ai compris... 15 6.1 ... la force de frottement .................................................................................................... 6.2 ... le poids effectif ............................................................................................................. Table des matières 1. Approche intuitive 2 2. D'abord un peu de math... 4 2.1 Variables angulaires..............................................................................................................4 2.2 Moment de force et produit vectoriel....................................................................................6 3. Equation de Newton pour le mouvement de rotation... ..........................................................8 3.1 ... selon la direction tangentielle ...........................................................................................8 3.2 ... selon la direction radiale (ou centripète)...........................................................................9 4. Statique des forces 10 4.1 Equilibre de translation .......................................................................................................10 4.2 Equilibre de rotation ...........................................................................................................11 4.3 Centre de gravité, centre de masse......................................................................................11 4.4 Je résous un problème de statique.......................................................................................13 4.4.1 je fais un croquis... 13 4.4.2 je choisis un système d'axes de référence... .....................................................................14 4.4.3 j'écris les conditions d'équilibre... 14 4.4.4 je résous le système d'équations algébriques... ................................................................14 5. Et pour résumer 15 6. Et pour compléter: force centripète et pseudo-force centrifuge............................................16 1. Approche intuitive 2 2. D'abord un peu de math... 4 2.1 Variables angulaires........................................................................................................ 2.2 Moment de force et produit vectoriel.............................................................................. 3. Equation de Newton pour le mouvement de rotation... .................................................... 3.1 ... selon la direction tangentielle ..................................................................................... 3.2 ... selon la direction radiale (ou centripète)..................................................................... 4. Statique des forces 10 4.1 Equilibre de translation ................................................................................................... 4.2 Equilibre de rotation ....................................................................................................... 4.3 Centre de gravité, centre de masse.................................................................................. 4.4 Je résous un problème de statique................................................................................... 4.4.1 je fais un croquis... 13 4.4.2 je choisis un système d'axes de référence... ................................................................. 4.4.3 j'écris les conditions d'équilibre... 14 4.4.4 je résous le système d'équations algébriques... ............................................................ 5. Et pour résumer 15 6. Et pour compléter: force centripète et pseudo-force centrifuge........................................ Table des matières 1. Energie ....................................................................................................................................2 1.1 Approche intuitive ............................................................................................................2 1.2 Travail d'une force ............................................................................................................3 1.3 Energie cinétique ..............................................................................................................4 1.4 Energie potentielle ............................................................................................................5 1.5 Conservation de l'énergie..................................................................................................6 1.6 Technique de résolution ....................................................................................................6 1.6.1 je fais un croquis... .....................................................................................................6 1.6.2 j'explicite le principe de conservation d'énergie... .....................................................6 1.6.3 je résous les équations algébriques... .........................................................................7 1.7 Energie potentielle gravitationnelle loin de la surface terrestre........................................8 2. Quantité de mouvement ..........................................................................................................9 2.1 Approche intuitive ............................................................................................................9 2.2 Impulsion et quantité de mouvement ..............................................................................11 2.3 Conservation de la quantité de mouvement ....................................................................12 2.4 Technique de résolution ..................................................................................................12 2.4.1 je fais un croquis... ...................................................................................................12 2.4.2 j'explicite la conservation de la quantité de mouvement... ......................................13 2.4.3 je résous les équations algébriques... .......................................................................13 3. Moment cinétique .................................................................................................................14 3.1 Approche intuitive ..........................................................................................................14 3.2 Impulsion angulaire et moment cinétique.......................................................................15 3.3 Conservation du moment cinétique ................................................................................17 4. En résumé..............................................................................................................................17 5. Vision variée d'un même problème ......................................................................................18 5.1 vision "accélération tangentielle"....................................................................................18 5.2 vision "énergie"...............................................................................................................19 5.3 vision "moment cinétique"..............................................................................................19 Table des matières 1. Energie .............................................................................................. 1.1 Approche intuitive ...................................................................... 1.2 Travail d'une force ...................................................................... 1.3 Energie cinétique ........................................................................ 1.4 Energie potentielle ...................................................................... 1.5 Conservation de l'énergie............................................................ 1.6 Technique de résolution .............................................................. 1.6.1 je fais un croquis... ............................................................... 1.6.2 j'explicite le principe de conservation d'énergie... ............... 1.6.3 je résous les équations algébriques... ................................... 1.7 Energie potentielle gravitationnelle loin de la surface terrestre.. 2. Quantité de mouvement .................................................................... 2.1 Approche intuitive ...................................................................... 2.2 Impulsion et quantité de mouvement .......................................... 2.3 Conservation de la quantité de mouvement ................................ 2 4 Technique de résolution Affichage aux valves (bât G/E niveau 3) et sur le site: http://www.ulb.ac.be/medecine/iribhm/swillens/ Matière vue au cours, semaine après semaine correspond strictement à la matière à étudier pour les examens Contenu des séances de séminaire (mode de fonctionnement adapté au grand nombre d'étudiants) … nécessite un important travail personnel, seul ou en groupe: - voir topo introductif accessible par internet (toujours même adresse) - faire les exercices demandés - si problème(s), venir poser les questions aux séances de séminaire En aucun cas la séance de séminaire n’est le lieu où l’on fait ses exercices!!!
