Leçons de Physique

Leçons de Physique
Ileyk el mellah
7 avril 2014
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Table des matières
I. LP01 : Contact entre deux solides - Frottement de glissement - Applications au glissement et au roulement. . . . . . . . . . . . . . 4
II. LP02 : Caractère non galiléen du référentiel terrestre - Conséquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
III. LP03 : Mouvement d’un solide autour d’un axe fixe - Equilibrage statique et dynamique - Exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
IV. LP04 : Approximation gyroscopique - Effets dans les domaines macroscopique et microscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
V. LP05 : Exemples d’utilisation des lois de conservation en dynamique des systèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
VI. LP06 : Principes de la cinématique relativiste - Conséquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
VII. LP07 : Dynamique relativiste - Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
VIII. LP08 : Notion de viscosité d’un fluide - Ecoulements visqueux - Nombre de reynolds - Exemples simples . . . . . . . . . . . . . . 16
IX. LP09 : Modèle de l’écoulement parfait d’un fluide ; validité - Relations de bernoulli ; limites et applications . . . . . . . . . . . . 18
X. LP10 : Phénomènes interfaciaux impliquant des fluides : applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
XI. LP11 : Modèle du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
XII. LP12 : Fonctions d’état caractéristique d’un système à l’équilibre thermodynamique - Identités thermodynamiques - Applications 24
XIII. LP13 : Evolution et condition d’équilibre d’un système thermodynamique fermé - Potentiels thermodynamiques - Exemples . . . . 26
XIV. LP14 : Thermodynamique des phénomènes irréversibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
XV. LP15 : Application des deux premiers principes de la thermodynamique au fonctionnement des machines thermiques . . . . . . . . 30
XVI. LP16 : Etude thermodynamique d’un système constitué par un corps pur sous plusieurs phases - Exemples. . . . . . . . . . . . . . 32
XVII.LP17 : Notion d’état microscopique - Interprétation statistique de l’entropie - Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
XVIII.LP18 : Introduction au facteur de boltzmann à partir d’un exemple au choix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
XIX. LP19 : Rayonnement d’équilibre thermique - Corps noir - Application aux transfets thermiques radiatifs . . . . . . . . . . . . . . . 39
XX. LP20 : Phénomènes de transport - Illustration(s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
XXI. LP21 : Conversion de puissance électromécanique - Exemples et applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
XXII.LP22 : Induction électromagnétique - Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
XXIII.LP23 : Résonance magnétique - Exemples et applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
XXIV.LP24 : Systèmes bouclés - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
XXV.LP25 : Traitement analogique d’un signal électrique - Etude spectrale - Exemples et applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
XXVI.LP26 : Exemples de phénomènes de propagation unidimensionnelle - Ondes progressives, ondes stationnaires - Aspects énergétiques52
XXVII.LP27 : Ondes acoustiques dans les fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
XXVIII.LP28 : Propagation dans un milieu dispersif : vitesse de phase, vitesse de groupe - Paquets d’ondes planes et évolution - Exemples 55
XXIX.LP29 : Propagation guidée - Exemples et applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
XXX.LP30 : Dispersion et absorption d’une onde électromagnétique plane dans un milieu diélectrique - Modélisation microscopique . . 59
XXXI.LP31 : Effet de peau - Comportement d’une onde électromagnétique à la surface d’un conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
XXXII.LP32 : Propriétés et applications du rayonnement dipolaire électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
XXXIII.LP33 : Présentation de l’optique géométrique à l’aide du principe de fermat - Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
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XXXIV.LP34 : Application des lois de l’optique à l’étude d’un instrument d’optique au choix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
XXXV.LP35 : Obtention d’interférences à deux ondes en optique - Notion de cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
XXXVI.LP36 : Interféromètres à division d’amplitude - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
XXXVII.LP37 : Diffraction de fraunhofer - Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
XXXVIII.LP38 : Diffraction par des structures périodiques dans différents domaines de la Physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
XXXIX.LP39 : Absorption, émission spontanée ou induite du rayonnement - Caractéristiques et applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
XL. LP40 : Aspects corpusculaires du rayonnement - Notion de photon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
XLI. LP41 : Aspects ondulatoires de la matière - Notion de fonction d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
XLII.LP42 : Exemples de phénomènes quantiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
XLIII.LP43 : Confinement de l’électron et quantification de l’énergie - Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
XLIV.LP44 : Effet tunnel - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
XLV.LP45 : Le noyau : stabilité, énergie - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
XLVI.LP46 : Oscillateurs à deux degrés de liberté en mécanique classique : modes propres - Systèmes à deux niveaux d’énergie en
Physique quantique - Analogies et différences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
XLVII.LP47 : La molécule : stabilité, énergie - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
XLVIII.LP48 : Cohésion de la matière condensée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
XLIX.LP49 : Chaîne unidimensionnelle infinie d’oscillateurs harmoniques - Approximation des milieux continus. . . . . . . . . . . . . . . 94
L. LP50 : Capacités thermiques : description, interprétations microscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
LI. LP51 : Paramagnétisme, ferromagnétisme : approximation du champ moyen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
LII. LP52 : Propriétés macroscopiques des corps ferromagnétiques - Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
LIII. LP53 : Mécanismes de la conduction électrique - Loi d’ohm - Effet hall - Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
LIV. LP54 : Phénomènes de résonance dans différents domaines de la Physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
LV. LP55 : Exemples d’effets de non linéarité sur le comportement d’un oscillateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
LVI. LP56 : Illustration de l’intérêt de la notion de symétrie dans différents domaines de la Physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
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I. LP01 : Contact entre deux solides - Frottement de glissement - Applications au
glissement et au roulement
Binôme : Robin
Date de passage : 02/11/10
Correcteur : Z
Intro Expression analytique des forces de contact difficiles à avoir
car nombreuses aspérités microscopiques, dépend de la nature des
corps en contact... En toute rigueur, il faudrait remonter à la
répulsion électronique entre nuages. Approche phénoménologique
nécessaire. Pourtant, rôle fondamental en dynamique du solide,
même si on tente souvent de les minimiser. D’où vient ce compro-
mis ?
I. Contact entre 2 solides
1. Cinématique du contact (1 p.26)
a. Modélisation
b. Vitesse de glissement
c. Roulement et pivotement
2. Actions de contact
a. Résultante des actions de contact (3 p.114)
b. Moment des actions de contact (3 p.114)
c. Torseur des actions de contact
d. Puissance des actions de contact (3 p.123)
II. Frottements de glissement
1. Lois de coulomb (
Evoquer l’existence de lois analogues pour les moments de roule-
ment et de pivotement (1 p.155)
a. Relative à ~ N
b. Relative à ~ T
Condition nécessaire de non glissement et loi du frottement de
glissement. fc<fs(=> III. 3.) !
2. Cône de frottement (5 p.89)
XP des 2 feuilles => odg des coefficients de frottement (3 p.118)
III. Applications
1. Roulement sans glissement
a. Condition de roulement sans glissement
b. Roue motrice (6 p.288)
c. Puissance des actions de contact (5 p.92)
2. Statique d’un solide sur un plan incliné (6 p.286, FR
p.158, 3 p.120)
a. Arc boutement
b. Filetages des vis
3. Mouvement de stick-slip (1 p.159, 5 p.103)
Hystérésis des frottements solides. S’intéresser au passage glisse-
ment / pas de glissement
4. Amortissement solide (1 p.188, 4 p.74)
Hystérésis des frottements solides. Différence avec frottements
fluides
Conclusion Tribologie
Bibliographie :
1. FR
2. Grossetête (pour la modélisation)
3. HPrépa
4. Olivier (pour l’amortissement solide)
5. Tec et Doc
6. Perez
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Remarques :
– Contacts ponctuels 6=contacts surfaciques
– Ponctuer la leçon d’analyses énergétiques
– Expérience de timochenko dans le Perez pour mesurer un co-
efficient de frottement à partir d’une mesure de fréquence (ma-
nipulation en montage possible ?)
– Effet rétro (Tec et Doc p.82), expérience de sommerfeld, mo-
dèle du cabestan, modélisation microscopique possibles aussi
– On peut négliger les moments de frottement et de pivotement
si on étudie un mouvement de translation OU si on étudie un
contact ponctuel ou linéique
– Lois de coulomb valables seulement pour des contacts à sec
– Nécessité des lois de coulomb car on ne peut pas expliciter les
actions de contact => trop d’inconnues
– En toute rigueur, les lois de coulomb ne sont valables qu’en
cas de contact ponctuel
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