Quatrième Résumé de cours de physique

Quatrième
Résumé de cours de physique
1 Ondes
1.1 Optique
1.1.1 La lumière
Des lumières blanches
Si une source lumineuse regardée en face paraît bien blanche, on dit que cette source
émet de la lumière blanche.
La lumière du Soleil (en dehors du lever et du coucher) est appelée lumière blanche
naturelle.
La lumière blanche naturelle est en fait un mélange d’un ensemble de lumières colorées :
violet, bleu, vert, jaune, orangé, rouge.
Cet ensemble de lumières colorées est appelé spectre de la lumière blanche naturelle.
Chaque lumière colorée est appelée composante du spectre.
L’arc-en-ciel est le spectre de la lumière naturelle du Soleil.
On peut observer des spectres grâce à un prisme, sur une bulle de savon, sur une flaque
d’essence, sur la surface d’un disque compact... et dans un appareil prévu spécialement
pour cela : le spectroscope.
Dans un spectroscope, c’est un « réseau » qui décompose la lumière :
Des lumières colorées
Pour produire une lumière colorée, il suffit de placer un filtre devant une source de
lumière blanche.
Un filtre absorbe complètement ou atténue certaines composantes du spectre de la
lumière blanche.
Dans le spectre d’une lumière colorée, on ne trouve pas le spectre complet de la lumière
blanche (violet, bleu, vert, jaune, orangé, rouge). C’est justement le fait que certaines
composantes du spectre sont absentes ou atténuées qui fait que notre cerveau perçoit
une lumière comme étant colorée.
Quand on mélange des lumières colorées, leurs spectres se complètent, se réunissent, en
un mot s’additionnent : on dit que l’on a réalisé une synthèse additive des couleurs.
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Si deux lumières additionnées donnent de la lumière blanche, on dit que ces deux
lumières sont complémentaires l’une de l’autre.
Les vitesses de la lumière
La vitesse de la lumière dans le vide est de
soit
Dans le vide, la vitesse de la lumière est la même quelle que soit la source de lumière,
quelle que soit la couleur de la lumière.
La lumière peut traverser les matières transparentes (air, eau, verre...) et sa vitesse est
inférieure à celle dans le vide.
La relation entre la distance à parcourir, la vitesse, et la durée du parcours est donnée par
d
dis tan ce
une formule mathématique que tu dois connaître : v = ou vitesse=
t
temps
1.1.2 Les lentilles
Observer un objet avec une lentille
On peut classer les lentilles en deux catégories, selon la forme de leur profil. Les lentilles
dites « convergentes » sont à bord mince. Les lentilles dites « divergentes » sont à bord
large.
A chaque sorte de lentille correspond un symbole.
Quand on regarde au travers d’une lentille divergente, l’image est toujours à l’endroit et
plus petite que la réalité. Cela est donc bien différent de ce que l’on voit au travers d’une
loupe, lentille convergente, dont l’effet est grossissant.
Le trajet de la lumière au travers des lentilles
Lorsqu’un faisceau de lumière arrive perpendiculairement à une lentille à bord mince, les
rayons de lumière qui composent ce faisceau ressortent de la lentille en se dirigeant tous
vers un même point, appelé foyer de la lentille :
Le foyer est un point de croisement des rayons de lumière. Au foyer, l’énergie lumineuse
est très concentrée.
La distance entre la lentille et son foyer est appelée distance focale de la lentille. La
distance focale est plus courte si la lentille est plus bombée.
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On peut obtenir une image d’un objet sur un écran au moyen d’une lentille convergente.
Visionne le film qui montre comment on peut obtenir l’image d’un objet, au moyen d’une
boîte noire à coulisse.
L’œil humain
L’œil humain peut être représenté, sous une forme simplifiée, par une lentille convergente
(appelée « lentille de l’œil ») qui concentre la lumière sur la rétine, membrane sensible à la
lumière :
Seule une toute petite partie de la rétine permet une vision bien nette : c’est la fovea.
Pour faire la mise au point exactement sur la fovea, la « lentille de l’œil » se bombe plus
ou moins.
L’image formée sur la fovea est à l’envers par rapport à la réalité.
Quand on est myope, la « lentille de l’œil » est trop bombée. Il faut porter des verres
correcteurs divergents.
Quand on est hypermétrope, la « lentille de l’œil » n’est pas assez bombée. Il faut porter
des verres correcteurs convergents.
1.2 Couleurs
1.2.1 La couleur des objets
De quoi la couleur d’un objet dépend-elle ?
Le dessin ci-dessous rappelle le trajet de la lumière qui nous permet de voir un objet :
La vision de la couleur d’un objet (ici le citron : jaune) met en jeu de nombreux éléments :
la nature de la lumière incidente, c’est-à-dire la lumière qui éclaire l’objet,
l’action des pigments de l’objet sur cette lumière,
la détection des couleurs par l’œil,
et l’interprétation par le cerveau.
Le rôle de la lumière qui éclaire l’objet
La couleur d’un objet dépend de la couleur de la lumière qui l’éclaire.
Le rôle des pigments
Les pigments contenus dans un objet agissent sur la lumière incidente exactement comme
le fait un filtre : ils absorbent certaines composantes du spectre de cette lumière.
Un objet blanc n’absorbe aucune composante du spectre de la lumière blanche incidente,
autrement dit il les renvoie toutes.
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Un objet noir absorbe toutes les composantes du spectre de la lumière blanche incidente.
Les lumières absorbées par un objet provoquent son échauffement.
Le rôle de l’œil et du cerveau
La rétine de l’œil contient des récepteurs sensibles aux couleurs appelés cônes.
Chez l’être humain, il y a trois types de cônes, qui ne sont pas sensibles aux mêmes
couleurs, et qui donc se complètent.
Le cerveau constitue une image colorée à partir des informations envoyées par les cônes.
L’impression créée par le cerveau dépend aussi du contraste entre des couleurs voisines.
Les daltoniens ont une vision atténuée de certaines couleurs.
2 Électromagnétisme
2.1 La tension électrique
La tension nominale des générateurs
L’unité de tension électrique est le volt (en abrégé V).
La valeur en volts inscrite sur un générateur s’appelle sa tension nominale.
Tous les récepteurs ont également une tension nominale.
Pour fonctionner normalement, un récepteur doit avoir une tension nominale égale ou
voisine de celle du générateur qui l’alimente. On dit alors que le générateur et le récepteur
sont adaptés en tension.
Si la tension nominale du générateur est supérieure à celle du récepteur, le récepteur est
en surtension et ne fonctionne pas normalement.
Si la tension nominale du générateur est inférieure à celle du récepteur, le récepteur est
en sous-tension et ne fonctionne pas normalement.
Mesurer une tension électrique
La tension électrique se mesure avec un appareil nommé voltmètre.
En pratique, on utilise un multimètre qu’il faut placer en fonction voltmètre.
Avec un voltmètre, il est absolument interdit de mesurer la tension à la prise, à cause du
risque d’électrocution.
Sur les schémas normalisés, un voltmètre se représente par son symbole.
Un voltmètre se branche toujours en dérivation aux bornes de l’appareil dont on veut
mesurer la tension.
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Quand des récepteurs sont branchés en dérivation, la tension aux bornes de chacun des
récepteurs est égale à la tension aux bornes du générateur.
Quand des récepteurs sont branchés en série, la tension aux bornes du générateur est
égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs.
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2.2 L’intensité électrique
Qu’est-ce que l’intensité électrique ?
L’intensité du courant électrique en un point d’un circuit représente le débit du courant
électrique en ce point.
L’unité d’intensité est l’ampère (en abrégé A).
Pour mesurer l’intensité du courant électrique en un point du circuit, on utilise un
ampèremètre que l’on branche en série au point considéré.
Le schéma normalisé d’un ampèremètre est le suivant :
L’intensité électrique dans les circuits en série
Le « sens conventionnel du courant électrique » part de la borne + du générateur pour
revenir vers la borne –.
L’intensité est partout la même dans un circuit en série.
Cette intensité n’est pas la même selon la tension aux bornes du générateur : si la tension
aux bornes du générateur augmente, l’intensité du courant électrique dans le circuit
augmente.
Cette intensité n’est pas la même selon le nombre de récepteurs : Si l’on rajoute un
récepteur dans le circuit en série, l’intensité diminue.
L’intensité électrique dans des circuits comportant des dérivations
Dans un circuit comportant des dérivations, les points où le courant électrique se sépare,
ou bien se réunit, sont appelés les nœuds du circuit.
Dans un circuit comportant des dérivations, la partie du circuit où se trouve le générateur
est appelée la branche principale. Les parties situées après les nœuds sont les branches
dérivées.
Dans un circuit comportant des dérivations, l’intensité dans la branche principale est égale
à la somme des intensités dans les branches dérivées.
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2.3 La résistance électrique
Comment mesurer la résistance électrique d’un dipôle ?
La résistance électrique d’un dipôle se mesure avec un ohmmètre. L’unité de la résistance
électrique est l’ohm (symbole ).
La résistance électrique est désignée par la lettre R. Ainsi, pour le dipôle ci-dessus, on
écrira R = 33,8 .
Un ohmmètre permet de mesurer la résistance électrique d’un dipôle.
La loi d’Ohm
De nombreux dipôles obéissent à une loi appelée « loi d’Ohm » : on dit que ce sont des
« dipôles ohmiques ».
Cette loi s’énonce ainsi : “le quotient de la tension aux bornes d’un dipôle ohmique par
l’intensité du courant qui le traverse est égal à la résistance électrique de ce dipôle”.
Elle s’exprime par une formule mathématique à connaître.
La loi d’Ohm s’exprime mathématiquement sous trois formes parfaitement équivalentes.
U=RI
U
R=
I
U
I=
R
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La troisième de ces expressions montre que, pour une tension U donnée, plus la
résistance R d’un dipôle est grande, plus l’intensité I du courant qui le traverse est petite.
La « caractéristique intensité-tension » d’un dipôle
Le graphique qui représente, pour un dipôle, les variations de la tension à ses bornes en
fonction de l’intensité du courant qui le traverse se nomme « caractéristique intensitétension » de ce dipôle.
Si un dipôle est un dipôle ohmique, sa caractéristique intensité-tension est une droite
passant par l’origine.
Un dipôle nommé “résistance”
Une “résistance” est un dipôle ohmique qui permet de limiter l’intensité du courant
électrique dans un circuit.
Les anneaux de couleur, peints sur une “résistance”, indiquent la valeur (en ) de sa
résistance.
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