Chapitre 1 : Physique et Mesure
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Chapitre 1 : Physique et Mesure 1. Introduction • Contrairement aux mathématiques, la physique est basée sur l’observation, l’expérimentation, et la modélisation. • Démarche du physicien : dispositif Observations Brown (1827) Mesures vérifications Perrin (1909) interprétations Lois modèle analytique ou numérique Théorie Wiener Einstein (1948) (1905) 2. Unités de base • Reproductibilité - reproduire des résultats - collaborer - autres laboratoires • Système International : universalité des unités (7) m, kg, s, K, A, Cd, mol mécanique thermodynamique chimie électromagnétisme optique • Le mètre (m) - 1120 : yard = distance nez-doigt du roi - Louis XIV : pied = pointure du roi - 1799 : mètre = 1/10 000 000 distance pôle-équateur - 1960 : mètre-étalon [Pt-Ir] - 1983 : mètre redéfini distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 798 458 s • Le kilogramme (kg) - once - livre - ... kilogramme étalon en Pt-Ir conservé à Sèvre. • La seconde (s) - avant : seconde = 1/60 1/60 1/24 du jour moyen - 1967 : horloge atomique 1 seconde = 9 192 631 720 périodes de vibration du Ce 133. • Résumé : seconde c mètre kilogramme • Ordres de grandeurs : Système Terre-Quasar Soleil-Proxima Terre-Lune longueur (m) 1.4 10 26 4 1016 3.84 108 rayon de la Terre 6.37 106 fourmi 5 10−3 cellules 10 atome 10−10 proton 10−15 Système masse (kg) electron 9.11 10−31 proton 1.67 10−27 ADN 10−15 homme boeing 737 102 105 Terre 5.98 1024 Univers 1052 −5 particules Univers L = 1042 ! Masse de l’Univers M = 1083 m électrons Système temps (s) Univers âge d’étudiant 5 1017 6.3 108 un cours 3 103 battement de coeur 1 vibration d’atome 10−13 collision nucléaire 10−22 Age des galaxies T = 1039 t collisions 3. Suffixes standards atto a 10−18 déca D 10 femto f 10−15 hecto h 102 pico p 10−12 kilo k 103 nano n 10−9 méga M 106 micro µ 10−6 giga G 109 milli m 10−3 tera T 1012 centi c 10−2 peta P 1015 déci d 10−1 exa E 1018 4. Matière et densité • Matière : verre d’eau sucrée 5 cm molécules d’eau molécules de glucose atome H proton électron 10−9 m 10−10 m Toute la matière est constituée de protons, de neutrons et d’électrons • Combinaisons possibles : - types d’atomes : plus de 100 - ‘infinité’ de molécules : H : 1 atome ADN : 1 000 000 atomes • Etats de la matière : solide liquide gaz cohésion cohésion sans cohésion ordre moléculaire désordre moléculaire désordre moléculaire • Masse volumique : - pour différencier différents états de la matière - pour se débarrasser des facteurs géométriques m ρ= V [kg/m3 ] système air eau mercure graphite diamant ρ [kg/m3 ] 1.25 1000 13570 2250 3510 • Attention : une même matière peut se présenter sous différentes formes ayant des masses volumiques différentes graphite diamant • Nombre d’Avogadro : nombre d’atomes de Carbone 12 pour former 12 g de matière NA = 6.022 1023 particules/mol 5. Chiffres significatifs 0.008 = 8 10−3 format scientifique 0.0087 = 8.7 10−3 0.00872 ≈ 8.7 10−3 π = 3.1415... ≈ 3.14 inutile de traîner des décimales ! 1.87 × 1.87 = 3.4969 ≈ 3.5 π2 (3.14)2 = ≈1 g 9.81 bon, les physiciens exagèrent un peu
