Basics PHY1_2013_V1
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Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours Sommaire 1 Définitions succinctes ..................................................................................................................... 2 1.1 Molécule : ................................................................................................................................ 2 1.2 Atome ...................................................................................................................................... 2 1.3 Etat de la matière .................................................................................................................... 2 1.3.1 État solide ........................................................................................................................ 2 1.3.2 État liquide ....................................................................................................................... 2 1.3.3 État gazeux ...................................................................................................................... 2 1.4 Température............................................................................................................................ 3 2 Unités ............................................................................................................................................. 3 2.1 ...................................................................................................................................................... 3 2.2 Multiples, sous multiples des unités ........................................................................................ 4 2.2.1 Multiples : ......................................................................................................................... 4 2.2.2 Sous multiples .................................................................................................................. 4 3 Composition des forces .................................................................................................................. 5 3.1 Les forces, définitions ............................................................................................................. 5 3.2 Composition de forces ............................................................................................................ 5 4 Pressions ........................................................................................................................................ 6 4.1 Définition ................................................................................................................................. 6 4.2 Pression absolue : ................................................................................................................... 6 4.3 Pression relative ...................................................................................................................... 6 4.4 Pression hydrostatique ............................................................................................................ 6 4.5 Pression atmosphérique ......................................................................................................... 7 4.6 Variation de la pression atmosphérique en fonction de l’altitude ............................................ 7 Page 1/7 JPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 1 Définitions succinctes 1.1 Molécule : Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés caractéristiques de la substance considérée Exemple : Une molécule d’eau est composée de 2 molécules d’hydrogène et d’une molécule d’oxygène. Elle est notée sous la forme « H2O ». Une molécule d’oxygène est constituée de 2 atomes d’oxygène ; Elle est notée sous la forme « O2 ». 1.2 Atome Un atome], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre 1.3 Etat de la matière Pour nos besoins nous ne parlerons que des trois états courants de la matière 1.3.1 État solide L’état solide est caractérisé par l'absence de liberté entre les molécules ou les ions (métaux par exemple). Les critères macroscopiques de la matière à l'état solide sont que le solide a une forme propre et un volume propre. 1.3.2 État liquide L'état liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible. Le liquide est une forme de fluide : les molécules y sont faiblement liées, ce qui rend les liquides parfaitement déformables. Mais, à l'inverse du gaz, elles sont tout de même liées. 1.3.3 État gazeux Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le volume disponible. Le changement d’état se fait par apport ou prélèvement d’énergie qui se traduit par une agitation thermique plus ou moins importante. Page 2/7 JPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 1.4 Température La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de chaleur entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : Nous nous en tiendrons à celle de la fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz) Les particules qui composent un système matériel (molécules ou atomes) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possèdent donc une certaine énergie cinétique. La température est une mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules. 2 Unités Les grandeurs physiques portent un NOM qui correspond à une définition et ont chacune une unité de mesure Elles sont reliées entre elles .par des relations et le système d’unité (l’ensemble des unités) doit être HOMOGENE MESURE Temps Longueur Surface Volume Masse Masse volumique Densité UNITE Seconde Mètre mètre carré mètre cube Kilogramme Kilogramme par mètre cube (sans) Vitesse Mètre seconde Accélération Mètre seconde seconde Température absolue Kelvin SYMBOLE t L S V M s m m2 m3 kg NOTA mv Kg/m3 Rapport entre la masse volumique du corps et la masse volumique de l’eau douce pour les solides et la masse volumique de l’air pour les gaz d par v m/s par par γ m/s2 T K N Force Newton F Température Pression degré Celsius pascal bar T° p Pa bar Page 3/7 Mesure de la température par rapport au zéro absolu(plus d’agitation thermique) 1 N = 1 kg x 1 m/s/s NB : le poids est une force particulière 0°C = 273,15 K Répartition d’une force exprimée en Newton sur une surface exprimée en m2, utilisée plus couramment sous forme hecto pascal (hPa) et tolérance pour le bar qui est égal à 1000 hPa JPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 2.1 Multiples, sous multiples des unités Comme certaines unités ne sont pas adaptées à l’échelle humaine en fonction des grandeurs mesurées, nous utiliserons couramment des multiples ou sous multiples des unités de base. 2.1.1 Multiples : Déca Hecto Kilo Méga Giga x10 x100 x1000 x 1000 000 x 1000 000 000 Décamètre Hectolitre Hectopascal Kilomètre Mégahertz Gigabit 2.1.2 Sous multiples déci centi milli micro nano 1/10 1/100 1/1000 1/1000 000 1/1000 000 000 décimètre centimètre cube (cm3) milli…mètre µfarad (capacité électrique) nanomètre (longueur d’onde) Page 4/7 JPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 3 Composition des forces 3.1 Les forces, définitions Les forces sont représentées par des vecteurs, leur intensité est représentée par la longueur du vecteur, et leur direction par la droite portant le vecteur, et le sens par le sens de la flèche L’unité est le Newton. (N) Si nous appliquons une force de 1N sur une masse de 1kg, la vitesse de cette masse augmentera de 1m/s à chaque seconde. Sens de la force Direction de la force Valeur de la force Cette force peut être décomposée (entre autre) en une décomposition de 2 forces portées par deux axes représentant le plan où agit cette force. Ces deux axes sont liés entre eux par un angle droit. Le poids est une force particulière qui s’applique sur le centre de gravité de l’objet 3.2 Composition de forces Plusieurs forces qui s’appliquent sur un point peuvent être réduites en une seule force résultante. F1 F2 FR Cas particuliers, les deux forces sont portées par le même axe (même direction), la valeur de la force résultante est égale à la somme algébrique des forces Page 5/7 JPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 4 Pressions 4.1 Définition C’est une force appliquée à une surface. Elle exprime le rapport d’une unité de force sur une unité de surface et devrait être normalement exprimée en Pascal. Cette unité est très petite et peu facile d’utilisation. Elle est souvent utilisée avec son multiple, l’hectopascal. En plongée, nous utilisons le bar qui est, égale à un multiple du Pascal. 105 pascal = 100 000 Pa = 1bar D’autres unités sont utilisées abusivement : Le mm de mercure (pression atmosphérique) L’atmosphère (pression atmosphérique) Le cm d’eau (pression due à une colonne de 1 cm d’eau pur à 20°C) utilisée par les physiologistes. Le Psi, unités anglo-saxonne (Pound per square inches) Le fsw (feet of sea water) (pression due à une colonne de 1 pied d’eau de mer), utilisée par les modélisateurs de jeux de tables de plongée anglo-saxons. 4.2 Pression absolue : Pression comparée à celle régnant dans le vide absolu 4.3 Pression relative Pression mesurée par rapport à une pression de référence Pour nos applications, la pression de référence est la pression atmosphérique qui règne en surface 4.4 Pression hydrostatique Pression due à une colonne d’eau immobile (en opposition avec une colonne d’eau en mouvement, par exemple dans une conduite forcée d’une centrale hydroélectrique). Volume = 1 cm2 x 10 m = 1 dm3 Eau douce : masse volumique de 1kg/dm3 Poids : m x g = 1 kg x 9.81 m/s2 = 9,81 N pression : 9,81 N sur une surface de 1 cm2 981 hPa soit 0,981 bar 10 m Par commodité, nous considèrerons qu’une colonne de 10 m d’eau de mer crée une pression de 1 b 9,81 N Poids = 9.81 x 1dm3 x 1.033 = 1.013N soit une erreur de 1.3% Page 6/7 2 S = 1 cmJPM Basics PHY1_2013_V1 Bases 1ère PARTIE v.1.00 Formation MF2 2013 support de cours 4.5 Pression atmosphérique Pression due à la colonne d’air au dessus d’une surface. Elle évolue en fonction de la quantité de vapeur d’eau contenue dans la colonne d’air, de sa température, de l’altitude où elle est mesurée. Elle est exprimée couramment (météo) en hPa (hectopascal). La pression moyenne au niveau de la mer dans nos contrées est de 1013 hPa. Par habitude, elle est quelque fois exprimée en « atmosphère » (atm) 1 atm = 1013 hPa. Dans des ouvrages anciens, elle peut être exprimée en millimètre de mercure. Dans ce cas, la pression moyenne au niveau de la mer dans nos contrées est égale à 760 mm Hg et cette valeur est directement issue de l’expérience de Toricelli. 4.6 Variation de la pression atmosphérique en fonction de l’altitude Une bonne approximation est d’estimer la baisse de la pression atmosphérique en fonction de l’altitude à 0,1b par km de 0 à 4 km d’altitude. Page 7/7 JPM Basics PHY1_2013_V1
