Physique (Ch1PhysGen)

Objectifs :

Donner à l'étudiant une vue unifiée de la physique, en analysant les principes fondamentaux, leurs conséquences et les limites des modèles utilisés.

Nous insistons sur les lois de conservation, les notions de champ et d'onde et la conception atomique de la matière.  La théorie de la relativité restreinte est abordée et quelques idées de physique quantique sont introduites.

Tous les phénomènes de la nature sont analysés comme étant le résultat d'interactions ou forces. Les forces gravitationnelle et électromagnétique, les mieux comprises et responsables de la plupart des phénomènes macroscopiques observés, sont les plus détaillées.

Chacun de ces concepts fondamentaux est utilisé pour expliquer de nombreuses applications pratiques (appareillages relatifs à la profession par exemple); ils sont aussi manipulés lors de séances d'exercices. La maîtrise de toutes ces notions doit permettre à l'étudiant d'aborder scientifiquement et efficacement diverses situations notamment lors des travaux pratiques et plus tard dans sa vie professionnelle.    

Compétences :

connaissances scientifiques et rigueur
Capacité de compréhension face à un problème

Prérequis :

  

Contenu du cours :

Première partie  : Mécanique

Chapitre 1 : Introduction

Mesures - Algèbre vectorielle

Chapitre 2 : Statique : Corps au repos

Corps solides au repos - Fluides au repos: hydrostatique

Chapitre 3 : Cinématique: Mouvement d'un point matériel

Mouvement curviligne général - Cas particuliers du mouvement curviligne : Mouvements rectilignes, Mouvements circulaires, Mouvements périodiques - Théorème de Fourier - Relativité du mouvement

Chapitre 4 : Dynamique: Relation entre mouvement et cause du mouvement

Loi de conservation de la quantité de mouvement et ses conséquences - Dynamique du point matériel ou du solide en translation - Loi de conservation du moment angulaire et ses conséquences - Dynamique d'un corps solide mobile autour d'un axe fixe

Chapitre 5 : Travail et énergie

Impulsion - Travail - Puissance - Energie - Différentes formes d'énergies - Unités pour l'énergie - Loi fondamentale: conservation de l'énergie -

Energie récupérable et non récupérable - Expression de l'énergie cinétique: énergie de mouvement - Expression de l'énergie potentielle: énergie de position - Force, Energie potentielle,  Champ,  Potentiel : pour la force gravitationnelle - Expression de l'énergie totale pour une particule -Expression de l'énergie totale pour un solide en rotation autour d'un axe - Conservation de l'énergie dans les fluides (Bernouilli) - Applications du principe de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement

Deuxième partie : Electromagnétisme

Chapitre 1 : Electrostatique

Interaction électrique - Les particules chargées : Loi de conservation de la charge - Loi de Coulomb - Champ électrique - Energie potentielle électrique d'une charge - Potentiel électrique - analogies entre l'interaction gravitationnelle et l'interaction électrique - Conservation de l'énergie électrique dans un champ électrique - Courant électrique - Puissance électrique - Théorème de Gauss pour le champ électrique : Caractérisation du champ électrique statique - Dipôle électrique - Effet du champ électrique sur la matière - Capacité électrique - Condensateurs

Chapitre 2 : Circuits électriques en courant continu

Ohm - Pouillet - Origine de la résistance électrique dans les conducteurs - Conducteurs, isolants et semi-conducteurs - Association de résistances en série et en parallèle - Effet Joule - Force électromotrice - Association de générateurs - Kirchhoff - Thévenin

Chapitre 3 : Magnétisme

Interaction Magnétique - Représentation du champ créé par un aimant permanent -  Théorème de Gauss pour le champ magnétique : Caractérisation du champ magnétique - Action d'un champ magnétique sur une charge en mouvement - Champ magnétique créé par une charge en mouvement - Action d'un champ magnétique sur un courant électrique - Dipôle magnétique - Champ magnétique produit par un courant : loi d'Ampère-Laplace - Champ électromagnétique dépendant du temps - Loi de Faraday-Henry - Effet du champ magnétique sur la matière - Résumé des lois de l'électromagnétisme et équations de Maxwell

Chapitre 4 : Circuits électriques en courants alternatifs

Auto induction - Les circuits électriques en régime non stationnaire -  Les circuits électriques en régime stationnaire : circuits séries et circuits parallèles  : puissance en courant alternatifs, résonance, facteur de qualité d'un circuit résonant

Troisième partie : Ondes

Chapitre 1 : Définition

Ondes élastiques - Ondes électromagnétiques - Front d'onde - Intensité de l'onde - Principe de superposition - Ondes transversale et longitudinale

Chapitre 2 : Propagation de l'onde

Equation générale de propagation de l'onde - Propagation d'ondes harmoniques

Chapitre 3 : Propriétés des ondes

Polarisation - Interférence - Diffraction - Diffusion - Ondes aux interfaces : Réflexion, réfraction, absorption

Quatrième partie : Optique géométrique

Chapitre 1 : Introduction

La lumière est un rayon - Elément de photométrie visuelle - Description générale des appareils optiques Gaussien

Chapitre 2 : Réflexion

Lois de la réflexion -   Réflexion diffuse - Réflexion spéculaire - Réflexion sur une surface plane - Description des miroirs sphériques - Réflexion sur une surface sphérique concave - Réflexion sur une surface sphérique convexe - Aberrations des miroirs sphériques

Chapitre 3 : Réfraction

Lois de la réfraction - Réfraction d'un milieu moins réfringent vers un milieu plus réfringent - Réfraction d'un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent : angle critique et réflexion totale - Réfraction à une interface plane - Réfraction à une interface sphérique - Réfraction à plusieurs interfaces sphériques : lentilles - Aberrations des lentilles

Chapitre 4 : Instruments d'optique

Oeil - Loupe - Microscope

Méthode d'enseignement :

Exposé

Exercices (travaux dirigés)

Lectures recommandées :

- HECHT, E.

Physique, De Boeck Université, 1999

Méthode d'évaluation :

Evaluation continue

Examen écrit