Cours (version complète)

Cours de Physique
3BC
Yves Reiser
version du 24 septembre 2015

Table des matières
I Mécanique 4
1 Rappelssurlesforces................................. 5
1.1 Les effets d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Représentation d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Unité SI et instrument de mesure d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 LaloideHooke.................................... 7
2.1 Expérience préliminaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Caractéristique x-F d’un ressort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 LaloideHooke................................ 11
3 Composition et décomposition de forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Composition de forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Décomposition de forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4 Corpsenéquilibre................................... 18
4.1 Définition ................................... 18
4.2 Equilibre sous l’action de 2 forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3 Equilibre sous l’action de 3 forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.4 Casgénéral .................................. 23
4.5 Corps isolés, corps pseudo-isolés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5 PrincipesdeNewton ................................. 25
5.1 Première loi de Newton : le principe d’inertie . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2 Deuxième loi de Newton : Principe de l’action et de la réaction . . . . . . 26
5.3 Troisième loi de Newton : Principe fondamental de la dynamique . . . . 31
6 Lemomentd’uneforce................................ 32
6.1 Sensderotation................................ 32
6.2 Expérience d’introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.3 Lebrasdelevier ............................... 35
6.4 Le moment d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.5 Equilibre d’un solide en rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.6 Lesleviers................................... 39
7 Machinessimples ................................... 46
7.1 Poulies..................................... 46
7.2 Planincliné .................................. 53
8 Travail......................................... 56
8.1 Forces parallèles ou perpendiculaires au déplacement . . . . . . . . . . . 56
8.2 Défintiongénérale............................... 58
8.3 UnitéSI.................................... 59
8.4 Quelques travaux particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.5 Règle d’or de la mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
1

TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES
9 Puissance ....................................... 64
9.1 Exemple d’introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
9.2 Définitionetunité .............................. 64
9.3 Expérience................................... 65
10 Energie......................................... 67
10.1 Définition et unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
10.2 Relation entre énergie et travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
10.3 Différentes formes d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
10.4 Energie mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.5 Transfert et transformation d’énergie mécanique . . . . . . . . . . . . . . 70
10.6 Principe de conservation de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
10.7 Schémas de transferts / de transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
II Thermodynamique 73
1 Température et agitation thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
1.1 Les états de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
1.2 La température et l’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
1.3 Mesure de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.4 Unités de la température et symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2 Lachaleur....................................... 79
2.1 Définition, symbole et unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.2 Transfert et conservation de l’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.3 Isolation thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3 Calorimétrie...................................... 84
3.1 Expériences d’introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2 La capacité thermique massique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.3 Signedelachaleur .............................. 87
3.4 Chaleur et changements d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5 Apport de chaleur : les différentes étapes en résumé . . . . . . . . . . . . 90
3.6 Calorimètres.................................. 91
3.7 Calorimétrie et mélanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
III Electricité 92
1 Rappels ........................................ 93
1.1 Intensité du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2 Tensionélectrique................................... 96
2.1 Analogie avec le circuit d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.2 Définition de la tension électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.3 Mesure de la tension électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3 L’énergieélectrique.................................. 99
4 La puissance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1 Définition de la puissance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2 Le kWh : une autre unité pour l’énergie électrique . . . . . . . . . . . . . 101
5 La résistance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.1 La nature de la résistance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.2 Variation de la résistance avec la température . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.3 La résistance électrique : une grandeur physique . . . . . . . . . . . . . . 103
5.4 Résistivité...................................103
2

TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES
5.5 Applications pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.6 Laloid’Ohm .................................107
6 Loisdescircuits....................................110
6.1 Circuitsérie..................................110
6.2 Circuitparallèle................................112
7 Exercices........................................114
3

Chapitre I
Mécanique
4