Comparaison avec le programme actuel du projet de programme de Physique en BCPST Ce projet de programme s’inscrit dans la continuité des réformes engagées dans le secondaire. Il s’efforce d’autre part - d’alléger la masse des connaissances exigibles aux concours, essentiellement en réduisant le nombre de techniques mathématiques. - de remédier aux inconvénients révélés dans le programme actuel. Ainsi , la mécanique de première année deviendrait un enseignement général, avec de la statique des fluides, et ne porterait plus seulement sur la mécanique du point. -d’augmenter encore l’interdisciplinarité, en montrant l’usage de la physique en sciences de la vie et de la Terre. Le texte du programme est plus long, mais c’est parce qu’il est plus explicite. On en attend un allègement. L’analyse du programme est présentée sou forme d’un tableau de commentaires du projet. A Électrocinétique et électronique 1. Régime indépendant du temps 2. Régime transitoire Transferts en deuxième année :dipôle non linéaire, diode idéale, théorème de superposition. Circuits RC et RL étudiés seulement en travaux pratiques car déjà bien étudiés en terminale S. 3. Oscillations libres : circuit L, C 4. Régime sinusoïdal forcé Transfert de deuxième année rendu nécessaire par la disparition totale du courant alternatif du programme de terminale S. Transfert en deuxième année :Amplificateur opérationnel idéal utilisé dans son domaine linéaire Ce transfert compense l'alourdissement du programme de première année lié à l'introduction du courant alternatif. B. Mécanique I. Présentation des interactions et statique 1. Forces Allégements:forces de Lorentz, de Laplace. Transfert de deuxième année :- Exemples de forces réparties : très 2. Équilibre d’un solide Ajout limité Ce paragraphe a été entièrement reformulé. La présentation des forces réparties est rendue nécessaire par le transfert de la statique des fluides en première année. La disparition du théorème du moment cinétique n’entraîne pas la méconnaissance de la notion de moment. Ainsi, par exemple, on évoquera qualitativement la stabilité des navires. 3. Statique des fluides Transfert de deuxième année Ajouts apparent, parce que ces notions sont actuellement enseignées : - notion de pression différentielle - si la pression est uniforme, la résultante des forces pressantes exercées sur une surface fermée est nulle. Un commentaire limite la technicité. L'incitation à utiliser la pression différentielle (mesurée par rapport à la pression atmosphérique locale) est justifiée par l’usage de la notion de pression en physiologie Cette logique sera indispensable par la suite, dans l'étude des phénomènes de transports par exemple. Elle écarte la méthode trop abstraite de la formule du gradient et celle trop géométrique des projections. Allégements :- tout calcul de cinématique en coordonnées sphériques,II. Cinématique 1. Référentiel, repère, base l’utilisation du trièdre de Frénet de projection Ici, comme en statique des fluides, le projet insiste sur la notion de symétrie. III. Mécanique du point matériel 1. Énoncés de la 2ème loi de Newton 2. Applications de la 2ème loi de Newton 3. Énergie d’un point matériel Allégement important : le théorème du moment cinétique. Avec la disparition des forces de Lorentz et de Laplace, il ne reste plus, dans ce projet, une seule utilisation du produit vectoriel. Transfert en deuxième année : la notion de gradient. Ici comme dans d'autres domaines (systèmes ouverts) on a choisi de privilégier les puissances. Après une approche limitée aux problèmes à une dimension, on aborde la notion de force conservative sans le gradient (et bien entendu sans le rotationnel). Un commentaire incite à préparer l'enseignement de la thermodynamique : "lorsque l’on sait BCPST présentation du projet de programme / première année / 14 janvier 2003 que la force est conservative, pour le calcul du travail on choisit le chemin sur lequel le calcul est le plus simple". Attirer l'attention sur le signe de l'énergie, peut faciliter en chimie l'introduction des énergies de liaison ou d'ionisation. Ajout apparent: bilan d’énergie mécanique lorsqu’il y a simultanément travail de forces conservatives et non conservatives. Pour préparer les bilans d'énergie qui permettront d'établir la relation de Bernoulli. 4. Voisinage de l’équilibre C. Thermodynamique Transfert en deuxième année : Les systèmes dissipatifs (oscillateur amorti) Le programme a été entièrement reformulé, l'ordre est plus classique ; la tentative d'introduire la thermodynamique par une approche davantage phénoménologique ayant été peu appréciée. On ne renonce pas complètement à une telle approche : les transferts thermiques sont envisagés, avant l'énoncé du premier principe, à partir du concept (admis sans véritable justification en première année) de résistance thermique. I. Les états de la matière 1. Introduction à la thermodynamique L'allusion au niveau mésoscopique est rendue nécessaire par un souci de cohérence avec la mécanique des fluides Le projet privilégie la notion de variance Ici encore, le projet est plus précis que le programme de 1995 ; on 3. Modèle macroscopique du gaz parfait espère que les limites en seront ainsi mieux perçues. Très léger allégement : le coefficient thermoélastique β. 4. Fluides réels et phases condensées L'aspect purement mathématique du jeu avec les dérivées partielles est réduit en diminuant le nombre des coefficients thermoélastiques. En revanche le projet insiste sur la signification physique de l'équation d'état en demandant d'associer qualitativement celle-ci aux forces intermoléculaires. Ajout apparent :- phases condensées. Ceci peut sembler une nouveauté ; en fait on définit ici un modèle très simple qui, plus loin, remplace avantageusement l'utilisation des relations de Clapeyron : "Les phases condensées seront étudiées dans le cadre du modèle incompressible et indilatable." Compte tenu de l'importance du concept en géologie, la remarque : 5. États d’un corps pur. "Toute notion d'allotropie est strictement exclue." est supprimée. Néanmoins aucune notion sur ce point n'est exigible. Ajout apparent :Diagramme d’état en coordonnées (P , V). Ce diagramme est indispensable pour l'étude des machines thermiques ; son absence du programme de 1995 était due à une coquille. II.Évolutions d’un système fermé Cette nouveauté permet de conserver au cours une part d'approche Initiation à une notion étudiée en phénoménologique ; il est important d'aborder la notion de transfert deuxième année : résistance thermique thermique en en précisant certains aspects (durée, sens de l’échange) indépendants du premier principe. 2. Description d’un système. III Bilan d’énergie. Premier principe Formulation Écriture plus précise que dans le programme de 95 avec le désir de fortement remaniée :- principe mieux lier la thermodynamique avec la mécanique et en particulier d’équivalence ou de conservation. avec la mécanique des fluides. Énergie totale, énergie interne. 2. Fonction d’état énergie interne U. Face aux importantes suppressions des notions microscopiques, on a Formulation fortement remaniée : souhaité laisser quelques notions ("l'exemple de l’énergie interne d’un - énergie interne d’un gaz gaz parfait monoatomique permettra de donner une interprétation parfait. microscopique de l’énergie interne.") 1. Allégement important :- coefficients Il s'agirait d'une suppression et non d'un transfert en deuxième année calorimétriques d'un système mono- La disparition des coefficients calorimétriques ne veut pas dire qu'il y phasé. ait une limitation au gaz parfait, on pourra toujours étudier des gaz réels ("l’expression de l’énergie interne d’un gaz réel dans le modèle choisi sera donnée") et des phases condensées dans le cadre d'un Ajouts apparents :- énergie interne modèle très simple ( dU = C(T) dT dans le cas où l’on peut ATT00037 Page 2 sur 3 BCPST présentation du projet de programme / première année / 14 janvier 2003 d’un gaz réel.- énergie interne d’une confondre Cp et Cv) phase condensée dans le modèle incompressible et indilatable 3. Fonction d’état enthalpie H Ajout apparent :- enthalpie d’une phase condensée dans le modèle incompressible et indilatable Transfert en deuxième année : La formule de Clapeyron est transférée en deuxième année mais formule de Clapeyron. les bilans enthalpiques s'enrichissent avec l’enthalpie de réaction introduite dans le cours de chimie de première année. IV. Bilan d’entropie 1. Second principe : principe d’évolution. Introduction supplémentaire : interface. d'un concept Cette allusion à l'interface, est logique compte tenu de température d'une l'importance croissante des systèmes ouverts. 2.Identité thermodynamique fondamentale L'identité thermodynamique, n'était pas mentionnée au programme de Ajout apparent importante d'une notion 95. Elle était en fait utilisée par tous. Ce point est particulièrement explicité dans le projet pour éviter des malentendus. Bien entendu, la longueur exceptionnelle du paragraphe n'a rien à voir avec le temps à consacrer à ce sujet. 3. Applications du second principe. Ajouts apparents : Le programme de 95 était un peu laconique ("bilans - entropie d’une phase condensée dans entropiques"), le projet précise ce qui doit être fait en dehors des gaz le modèle indilatable et parfaits. incompressible. - bilan entropique lors d’un changement d’état isobare isotherme et réversible d’un corps pur. 4. Machines thermiques Suggestion d'une progression : Le programme de 1995 suggérait d'envisager tout de suite les description de cycles fluides réels, le projet suggère une progression plus modeste : thermodynamiques de fluides. "En exercice, en première année, on se limitera aux cycles de gaz parfaits. On envisagera en cours un cycle avec changements d’état." Interprétation microscopique : notions de théorie cinétique des gaz Allégements importants : - Interprétation moléculaire qualitative de la pression et de la température du gaz parfait. - Interprétation statistique simple de l'entropie : calcul de la variation d'entropie d'un système de N particules passant d'un volume V à un volume double. D. Optique ATT00037 Il ne reste plus que la suggestion d'évoquer qualitativement ces notions. Reste au programme : - Répartition de Boltzmann. Il n'est pas question d'enseigner des notions de thermodynamique statistique mais simplement de signaler la présence d'un facteur de Boltzmann lorsque l'on en rencontre un (statique des fluides, cinétique chimique...) Pratiquement inchangé Page 3 sur 3