PLAN DE COURS, AUTOMNE 2016 MÉCANIQUE PHYSIQUE 203 NYA périodes de laboratoire PROFESSEURS:

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1 PLAN DE COURS, AUTOMNE 2016 MÉCANIQUE PHYSIQUE 203 NYA 05 PONDÉRATION: 45 périodes de théorie 30 périodes de laboratoire PROFESSEURS: Marie Eve Doucet, bureau A Yvan Ladouceur, bureau A Justin Bédard, bureau A Olivier Tardif Paradis, bureau A COORDINATION DÉPARTEMENTALE: Bernard Doyon bureau A poste téléphonique 3828

2 2 Les compétences, éléments de compétences, critères de performance sont énoncés dans le plan cadre de ce cours. Celui ci est joint en annexe à ce plan de cours. I. OBJECTIFS A Objectifs généraux des cours de physique 1. Maîtriser les connaissances et les habiletés de la formation scientifique de base. 2. Appliquer la démarche scientifique. 3. Résoudre des problèmes de façon systématique. 4. Utiliser des technologies appropriées de traitement de lʹinformation. 5. Raisonner avec rigueur. 6. Communiquer de façon claire et précise. 7. Apprendre de façon autonome. 8. Travailler en équipe. 9. Établir des liens entre la science, la technologie et lʹévolution de la société. 10. Situer le contexte dʹémergence et de développement des concepts scientifiques. 11. Développer des attitudes propres au travail scientifique. 12. Traiter de situations nouvelles à partir de ses acquis. B Objectifs particuliers du cours ʺmécaniqueʺ 1. Décrire le mouvement de translation et de rotation des corps. 2. Appliquer les concepts et les lois de la dynamique à lʹanalyse du mouvement des corps. 3. Appliquer les principes de conservation de la mécanique. 4. Vérifier expérimentalement quelques lois et principes reliés à la mécanique. 5. Effectuer des calculs de travail et dʹénergie dans des situations simples. C Spécifiques Pour chaque partie du cours, ces objectifs sont décrits dans le guide de travail accompagnant les manuels de cours. Pour les laboratoires, ces objectifs sont présentés avec les instructions des expériences.

3 3 II. MÉTHODOLOGIE Cours Les principaux outils des étudiants sont le livre MÉCANIQUE de Harris Benson et le guide de travail. Le livre contient lʹessentiel des connaissances à acquérir et le guide de travail spécifie les objectifs à atteindre. Nous recommandons aux étudiant(e)s de préparer les cours à lʹavance de sorte que les rencontres avec le professeur servent surtout, après un bref exposé de la matière, à éclaircir les points obscurs et à discuter des exercices et des applications. À plusieurs occasions, logiciels, démonstrations, films et autres documents viendront compléter les cours et certaines lectures seront suggérées aux étudiant(e)s. Travaux pratiques Les expériences se font généralement en équipe de deux. Lors de chaque expérience, chaque étudiant note sur un papier spécial (feuille NCR) tous les renseignements nécessaires à la rédaction du rapport. Ces données sont remises au professeur avant de quitter le local de laboratoire; une copie est cependant conservée par lʹétudiant (feuille NCR). Horaire Lors des travaux pratiques nous devons subdiviser les groupes en sous groupes afin de sʹadapter aux exigences des laboratoires. Ainsi lʹhoraire des cours devra être adapté en conséquence. Mesures dʹaide à la réussite 1. Votre professeur peut répondre à vos questions en dehors des heures de cours, selon un horaire préétabli que vous pouvez consulter à son bureau, sur le babillard du département de physique (A 3136), ainsi que sur le portail Omnivox (cegepgarneau.omnivox.ca). Il est aussi possible de prendre un rendez vous pendant les autres périodes de la semaine. 2. Le Collège offre gratuitement un service de tutorat par les pairs. Renseignez vous auprès de Mme France Dessureault, au local K 1950.

4 4 III. BIBLIOGRAPHIE A Manuel de cours BENSON H. et al.; PHYSIQUE I Mécanique, 5 e édition, ERPI B Guide d étude Notes photocopiées, No: 69 au prix de 7.25 $ C Protocoles de laboratoires et autres documents (à acheter par tous) Notes photocopiées, No: 70 au prix de 4.00$ D Manuel sur les sciences expérimentales BOISCLAIR G. et PAGÉ J.; Guide des sciences expérimentales,3 e édition, ERPI E Autres ouvrages suggérés SERWAY, R. A.; Mécanique; Études Vivantes. GIANCOLI, D. C.; Mécanique, CEC. HALLYDAY, D., RESNICK, R.; mécanique, ERPI. AUGER, A. Physique mécanique; Griffon dʹargile. DIONNE, B. et al.; Pour réussir: guide méthodologique pour les études et la recherche (Sciences de la nature), Études Vivantes. BOUTIN, Daniel; Excel en physique; Chenelière/McGraw Hill F Articles dʹactualité suggérés Des articles et revues scientifiques sont disponibles au département de physique (A 3136) et à la bibliothèque. IV MATÉRIEL REQUIS POUR LES TRAVAUX PRATIQUES Calculatrice scientifique non programmable Règle millimétrique de 30 cm Clé USB (facultatif) Feuilles NCR Cadenas (casier de laboratoire)

5 5 V CONTENU Le contenu du cours se trouve dans les chapitres 2 à 12 du livre MÉCANIQUE de H. Benson. Afin d atteindre les objectifs d intégration, certains exemples provenant des autres disciplines du programme seront analysés. Le guide d étude précise les sections qui seront abordées durant la session et lʹordre dans lequel elles seront étudiées. Quant aux expériences de laboratoire, elles seront choisies parmi les suivantes: Mesures et incertitudes Représentation graphique d un mouvement rectiligne Mouvement rectiligne et uniformément accéléré Chute libre Mouvement parabolique Mouvement angulaire uniformément accéléré Dynamique de translation Frottement Force centripète Dynamique de rotation Équilibre statique Moment dʹinertie Conservation de lʹénergie Conservation de la quantité de mouvement VI. CALENDRIER Le rythme dʹapprentissage correspond approximativement à celui ci: I. Vecteurs et cinématique 5 semaines II. Dynamique et statique 5 semaines III. Travail, énergie et collisions 5 semaines Lʹapprentissage de la méthode expérimentale se fait tout au long de la session. Quant aux travaux pratiques, quelque dix expériences, plusieurs démonstrations et des séances dʹinitiation aux logiciels de traitement de lʹinformation sont prévues.

6 6 VII. ÉVALUATION 1 Lʹévaluation sommative est basée sur deux éléments principaux : Trois (3) examens et devoirs (s il y a lieu) valant 70 % de la note finale. Ces examens se tiendront probablement aux semaines 5, 11 et 15. Le nombre de points accordés à chaque partie de la matière sera approximativement proportionnel au temps consacré à cette matière en classe. La matière vue au laboratoire est sujet à examen. Les travaux pratiques valant 30% de la note finale, dont : 22 % proviendront dʹéléments de rapport de laboratoire. 8 % proviendront d un examen (écrit) de laboratoire, individuel, fait à la 9 e semaine. La présence au laboratoire est obligatoire. La répartition des points entre les divers items de lʹévaluation pourra varier pour tenir compte de circonstances particulières éventuelles. Cette variation ne pourra excéder 5%. Bonne session! 1 Les règles d'évaluation des apprentissages du département et la politique d évaluation des apprentissages du cégep précisent les autres aspects de l'évaluation.

7 7 Règles départementales d'évaluation de l apprentissage NORMES ET RÈGLES D'ÉVALUATION 1. Plan de cours Chaque professeur remet un plan de cours abrégé, à chacun(e) de ses étudiants(es), lors du premier cours. Il rend aussi disponible, sur LÉA ou un autre support informatique, le plan de cours complet. Ces plans de cours, conformes à la PIEA (Politique institutionnelle d évaluation de l apprentissage), informent les étudiants(es) des modalités d'évaluation des apprentissages. 2. Révision du plan de cours. Pour toute révision ou modification d'un plan de cours, en début ou pendant la session, les modifications doivent être approuvées par l'assemblée départementale, après consultation et acceptation de la majorité des élèves présents. 3. Mesures de l'apprentissage et échéances. Les échéances où seront effectuées les mesures de l'apprentissage étudiant (ayant un poids de 10% ou plus) sont fixées dans les plans de cours. En présence de circonstances particulières modifiant le plan de cours, et sans porter préjudice aux élèves, une évaluation peut être déplacée suite à un avis raisonnable. Le comité de cours ou l assemblée départementale est informé des modifications importantes. 4. Pondération des objectifs et des activités d'évaluation. La pondération des mesures de l'apprentissage tient compte de l'importance relative des objectifs précisés dans le plan de cours complet ou dans le guide de travail. La pondération des activités d'évaluation est indiquée dans le plan de cours. L'étudiant(e) est informé(e) (normalement sur le questionnaire) de la pondération des questions d'examen. 5. Évaluation de la présentation et de la méthode dans les travaux. Les professeurs tiennent compte de la présentation matérielle et de la méthode dans les travaux écrits et, dans ce sens, ils(elles) peuvent exiger que les travaux écrits soient saisis au moyen d'outils informatiques. Les règles de présentation des travaux de laboratoire ainsi que le protocole de prise de mesures au laboratoire sont précisés lors des cours. Les professeurs peuvent exiger de reprendre un travail pour ses défauts de présentation matérielle et une pénalité peut s appliquer. 6. Évaluation du français écrit. Les professeurs tiennent compte de la langue (orthographe, grammaire, vocabulaire et syntaxe) dans l'évaluation des travaux écrits. Lors de la correction du travail, les fautes de français seront signalées et un maximum de 20 % du total des points de ce travail pourra être enlevé. 7. Absence à un examen, à un laboratoire ou à une autre évaluation En cas d'absence à un examen, à un laboratoire ou à une autre évaluation, l'étudiant(e) doit rencontrer son(sa) professeur(e) dès que possible; à défaut de quoi la note zéro sera attribuée pour cette évaluation. En cas d'absence prévisible, l'étudiant(e) doit aviser son(sa) professeur(e) avant l activité d'évaluation. Si l absence est justifiée (ex. par de la mortalité dans la famille immédiate, de la maladie avec billet du médecin ou des activités sportives dans le cadre du programme Sport-Études avec lettre de l entraîneur(e) remise avant l absence), il pourra y avoir une évaluation différée sans pénalité. Dans le cas d'un laboratoire, il y a possibilité de reprise de ce laboratoire, après arrangement avec son(sa) professeur(e). Il n'y a aucune reprise d'évaluation en raison d'un échec.

8 8 8. Absence prolongée. Chaque cas d'absence prolongée est étudié à la pièce. Il est référé au comité de cours par le(la) professeur(e) et traité conformément à la PIEA. Pour les étudiants faisant partie de l Alliance Sport-Études, les balises établies par celle-ci sont applicables. 9. Retard dans la remise des travaux. Tout travail non remis au jour et à l'heure indiqués par le(la) professeur(e) est considéré comme un travail en retard. Le(la) professeur(e) peut refuser le travail ou soustraire de la note du travail 10 % de la note maximale par jour de retard. 10. Correction des travaux et des examens. Tout travail court ou examen devrait normalement être corrigé dans les deux semaines suivant sa remise au professeur(e). Pour les travaux de plus grande envergure, comme les rapports de laboratoire complets, le délai de correction ne peut dépasser un mois. Les copies des travaux et des examens faits en cours de session sont remises à l'étudiant(e) dans les jours qui suivent la correction. Cependant, une fois que l'étudiant(e) a pris connaissance de la correction d'un travail ou d'un examen, le(la) professeur(e) peut reprendre la copie de ce travail ou de cet examen. 11. Note de passage. La note de passage est de 60%. Cette note traduit l'atteinte minimale des objectifs du cours. 12. Possibilité d assistance. Pour les notes légèrement inférieures à la note de passage, le(la) professeur(e) détermine, avant la remise de la note finale, la pertinence de hausser ce résultat à 60 %. Pour les cours de physique obligatoires d un même programme, un(e) étudiant(e) ne peut être assisté(e) qu'une seule fois. 13. Révision de notes. En cours de session, l'étudiant(e) désireux(se) d'obtenir une révision de l'évaluation d'un travail, d'un exercice ou d'un examen en fait la demande directement à son(sa) professeur(e) dans un délai raisonnable (une semaine). L'étudiant(e) qui s'estime lésé(e) après cette démarche peut recourir par écrit, dans la semaine qui suit, au(à la) coordonnateur(trice) du département, qui peut convoquer un comité de révision s'il(elle) le juge nécessaire. La composition du comité est déterminée par le(la) coordonnateur(trice). L'étudiant(e) doit joindre à sa demande les documents pertinents qu il(elle) a en sa possession. Le(la) coordonnateur(trice) et/ou le comité de révision considère cette demande et communique sa décision à l'étudiant(e) au plus tard une semaine après la date de la demande. En fin de session, l'étudiant(e) désireux(se) d'obtenir une révision d'une évaluation de fin de session ou du calcul de la note finale d'un cours en fait la demande au comité de révision du département en s'adressant aux services pédagogiques et en remplissant le formulaire approprié; il(elle) joint à sa demande les documents nécessaires et les raisons de sa demande. La révision de fin de session ne porte que sur une évaluation non remise en cours de session et la compilation des résultats. Le(la) coordonnateur(trice) forme un comité de révision de notes selon les modalités fixées par la convention collective. Lorsqu'un comité de révision est formé, l'étudiant(e) a le droit d'être entendu(e). À cette occasion, l'étudiant(e) peut, s'il(elle) le désire, être accompagné(e) d'un(e) représentant(e) de l'agecfxg. Au plus tard une semaine après la réception des demandes par le(la) coordonnateur(trice) de département, le comité de révision de notes du département transmet ses décisions aux services concernés. Tout document nécessaire à la révision de la note doit être conservé par le(la) professeur(e) ou par l'étudiant(e) jusqu'à la fin du délai accordé pour obtenir la révision de cette note. Aucun travail, aucun examen remis ou subi après la date officielle de fin de session (dernier jour d'examen) ne pourra être considéré comme élément justifiant une révision de note, à moins qu'une autorisation à cette fin n'ait été au préalable accordée au(à la) professeur(e) et à l'étudiant(e) par la Direction des études. 14. Plagiat et tricherie. Tout plagiat ou tricherie, toute tentative de plagiat ou de tricherie ou toute collaboration à un plagiat ou à une tricherie est interdit et considéré comme une faute grave. Tout cas de plagiat ou de tricherie fait l objet d un rapport rédigé par le(la) professeur(e) et transmis par celui(celle)-ci à la Direction des études. Cette dernière envoie une copie au(à la) coordonnateur(trice) départemental et au(à la) responsable de programme. C est la Direction des études qui tient le registre des cas de

9 9 plagiat ou de tricherie et qui applique les sanctions selon qu il s agisse d une première (note «0» pour l évaluation), d une deuxième (note «0» pour le cours concerné) ou d une troisième occurrence (exclusion du Collège). 15. Usage de calculatrice. Une calculatrice scientifique de base est permise. Aux examens, un(e) professeur(e) peut interdire l'usage de toute calculatrice pouvant mémoriser des équations et/ou du texte ou peut exiger de vider la mémoire de cette calculatrice. Remarque : Le département possède aussi une politique concernant les comportements déplacés. Le département de physique.

10 10 Titre du cours : Mécanique Numéro du cours : 203-NYA-05 Discipline : Physique PROGRAMME SCIENCES DE LA NATURE (200.B0), PLAN CADRE Session : 1 (Profil Sciences et génies) Session : 2 (Profil Sciences de la vie et de la santé) Préalable : Physique 534 ou l équivalent Pondération : Heures-contact : 75 Présentation du cours dans le programme Ce premier cours de physique du programme Sciences de la nature est obligatoire pour tous. On y traite des grandes lois qui régissent le mouvement des corps allant de l échelle de l atome à celle de la galaxie. L étudiant ou l étudiante aborde la cinématique, la dynamique de translation et de rotation, l équilibre statique, le travail et l énergie, l impulsion et la quantité de mouvement. La compréhension des lois et principes de la mécanique est une base essentielle aux sujets d étude des deux autres cours obligatoires de physique du programme. Au laboratoire, l étudiant ou l étudiante se familiarise avec la méthode expérimentale et apprend à rédiger un rapport d expérience complet. C est le seul cours du programme qui contribue à l atteinte de l objectif 00UR et il participe à l atteinte de l objectif 00UU. Il s inscrit dans le volet formation intellectuelle du projet éducatif du Collège. Contexte de réalisation de la formation À partir de situations théoriques, - individuellement, - à l occasion de résolutions de problèmes. À partir de situations expérimentales au laboratoire, - individuellement ou en équipe, - à l aide d un protocole expérimental détaillé, d une documentation scientifique proposée, - à l occasion de la rédaction d un rapport de laboratoire. Énoncé des compétences Analyser différentes situations et phénomènes physiques à partir des principes fondamentaux reliés à la mécanique classique (objectif 00UR). Traiter un ou plusieurs sujets, dans le cadre des sciences de la nature, sur la base de ses acquis (objectif 00UU).

11 11 Compétence Éléments Sous-éléments OOUR Analyser différentes situations et phénomènes physiques à partir des principes fondamentaux reliés à la mécanique classique PRINCIPAUX OBJETS D APPRENTISSAGE Critères de performance Savoirs théoriques Savoirs procéduraux Habiletés intellectuelles Attitudes Habiletés motrices 1. Décrire le mouvement de translation et de rotation des corps. 1.1 Appliquer les notions de position, vitesse et accélération à l analyse de situations cinématiques pour les mouvements à une, deux ou trois dimensions. 1.2 Utiliser la représentation graphique pour déterminer les paramètres cinématiques pour le mouvement à une dimension. 1.3 Appliquer les principes du calcul vectoriel pour les mouvements en deux ou en trois dimensions. 2. Appliquer les concepts et les lois de la dynamique à l analyse du mouvement des corps. 2.1 Appliquer les lois de Newton à des cas sans frottement. 2.2 Appliquer les lois de Newton à des cas avec frottement sec (non visqueux). 2.3 Appliquer les lois de Newton aux cas des mouvements circulaires. Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes. Schématisation adéquate des situations physiques. Utilisation d une terminologie appropriée. Représentation graphique et mathématique adaptée à la nature du mouvement. Justification des étapes retenues pour l analyse des situations. Application rigoureuse des lois de Newton et des principes de conservation. Jugement critique des résultats. Interprétation des limites des modèles. Expérimentation minutieuse. Présence des éléments constituants Position, vitesse moyenne, vitesse instantanée, accélération moyenne, accélération instantanée. Quantités cinématiques angulaires. Dérivée de fonctions polynomiales et notion d'intégrale. Notion de particule. Représentation de quantités vectorielles par vecteurs unitaires. Opérations vectorielles. Notion d accélération radiale et tangentielle. Nature des forces réelles. Gravité. Notion de force et de masse. La 2 e loi de Newton. La 3 e loi de Newton. Le diagramme des forces. Frottement. Coefficient de frottement. Force centripète. Méthode de résolution de problèmes en cinématique. Méthode de résolution de problèmes de dynamique. Raisonnement qualitatif. Traduction d'un problème en termes mathématiques. Rigueur dans la démarche expérimentale. Esprit d'analyse et de synthèse. Sens de l observation. Habileté à passer des situations concrètes aux modèles physiques abstraits. Habileté à utiliser des notions apprises dans d autres cours. Implication dans son programme d études.

12 12 Compétence Éléments Sous-éléments 2.4 Appliquer les lois de Newton à l équilibre statique. PRINCIPAUX OBJETS D APPRENTISSAGE Critères de performance Savoirs théoriques Savoirs procéduraux d un rapport de laboratoire selon les normes établies. Moment de force. Bras de levier. Moment d inertie. Habiletés intellectuelles Attitudes Habiletés motrices Sens critique. 3. Effectuer des calculs de travail et d énergie dans des situations simples. 3.1 Calculer le travail pour des situations impliquant des forces constantes et variables. 3.2 Appliquer le théorème de l énergie cinétique. 3.3 Appliquer la notion de puissance. 3.4 Calculer l énergie potentielle Appliquer les principes de conservation de la mécanique. 4.1 Appliquer le principe de conservation de l énergie à des situations sans frottement. 4.2 Appliquer le principe de conservation de l énergie à des situations avec frottement. 4.3 Appliquer le principe de conservation de la quantité de mouvement à des mouvements de translation en une et deux dimensions. 4.4 Appliquer le principe de la conservation de la quantité de Travail. Énergie cinétique. Puissance. Énergie potentielle. Force conservative. Moment cinétique. Quantité de mouvement. Incertitudes et erreurs. Calcul d incertitude. Représentation graphique de mesures. Éléments d un rapport de laboratoire. Intérêt au travail en équipe. Attitude méthodique pour la résolution de problèmes.

13 13 Compétence Éléments Sous-éléments mouvement à des situations impliquant des mouvements de rotation. 5. Vérifier expérimentalement quelques lois et principes reliés à la mécanique. 5.1 Appliquer la méthode scientifique à l analyse de situations cinématiques et dynamiques diverses. 5.2 Rédiger un rapport de laboratoire selon les normes établies. 5.3 Utiliser les technologies de l information pour l analyse des résultats d une expérience. PRINCIPAUX OBJETS D APPRENTISSAGE Critères de performance Savoirs théoriques Savoirs procéduraux Application des notions d'impulsion, de cinématique et d'énergie cinétique à la représentation des notions de pression et température (théorie cinétique des gaz). Diagrammes d'énergie. Habiletés intellectuelles Attitudes Habiletés motrices OOUU Traiter un ou plusieurs sujets, dans le cadre des sciences de la nature, sur la base de ses acquis. 1. Reconnaître la contribution de plus d une discipline scientifique à certaines situations. 1.1 Identifier différentes disciplines scientifiques concernées par une situation. 1.2 Discerner des concepts particuliers associés à diverses disciplines scientifiques intervenant dans une situation. 1.3 Faire des liens entre des concepts particuliers associés à diverses disciplines scientifiques dans l analyse d une situation. Mise en évidence de l interdisciplinarité. Utilisation adéquate d'appareils et instruments de mesure. Rédaction d un rapport de laboratoire. Utilisation adéquate d un logiciel type tableur pour réaliser des tableaux et des graphiques.

14 14 Compétence Éléments Sous-éléments PRINCIPAUX OBJETS D APPRENTISSAGE Critères de performance Savoirs théoriques Savoirs procéduraux Habiletés intellectuelles Attitudes Habiletés motrices Cours porteur de l activité synthèse de programme : Non Recommandations particulières Les étudiantes et les étudiants doivent être capables de se servir d une calculatrice scientifique de base. Document de référence obligatoires Guide des sciences expérimentales adopté par les disciplines de formation spécifique du programme ; manuel de physique reconnu par le département. Précisions sur l'évaluation des apprentissages 30% des points sont alloués aux travaux pratiques. La présence est obligatoire aux travaux pratiques et module la note.