Introduction. Chapitre 1 : bases de la mécanique.

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Marie-Paule Primeau
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1 - Différents types de formes d énergie : Introduction. - cinétique - potentielle gravifique - potentielle élastique - thermique - électrostatique - chimique - nucléaire Énergies mécaniques. - Dans l'animation ci-haut, l'objet, en étant relâché d'une hauteur quelconque, a perdu son énergie potentielle gravitationnelle mais a gagné en énergie cinétique de façon telle qu'il n'y a pas eu de changement d'énergie. L'énergie mécanique totale, la somme des énergies cinétique et potentielle gravitationnelle, demeure constante ou est conservée. On appelle ce la loi de la conservation de l'énergie. Chapitre 1 : bases de la mécanique. 1) Les forces :(se calcule à l aide d un dynamomètre) Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux objets ou systèmes, une action mécanique capable d'imposer une accélération, ce qui induit une modification du vecteur vitesse (une force exercée sur l'objet fait aller celui-ci plus vite, moins vite ou le fait tourner). Au minimum deux forces exercées sur l'objet sont nécessaires pour induire une déformation de celui-ci. Isaac Newton a précisé ce concept en établissant les bases de la mécanique newtonienne. La base sensorielle de la notion est donnée par la sensation de contraction musculaire. La force est un vecteur, direction-sens-intensité 2) Principe d action-réaction : tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, mais de sens opposé, exercée par le corps B. 3) Composition des forces - Somme vectorielle : F1 F2 Fr F1 + F2 = Fr!!! F1 + F2 Fr 4) conditions d équilibre d un objet au repos : - méthode du polygone des forces (voir point 3) - résolution des équations ΣFx = 0 et ΣFy = 0 système d équations 5) poids d un objet : G = mg sachant que g = 9, 81 6) plan incliné : Ff = Gx = G Sinα R = Gy = G Conα Pour qu il y ai équilibre : il faut 3 forces pour que le corps soit au repos ou en MRU 1

2 7) équilibre de rotation : - Moment de force : M = +/- F. d (+ sens horloger, - sens anti-horloger) - Un système libre de tourner autour d un axe est en équilibre de rotation si la somme des moments qui s applique sur lui est nulle. Equilibre de rotation => ΣM=0 Stratégie de résolution d exercices : repérer l objet et l axe de rotation ; déterminer les forces s appliquant sur l objet, leur bras de levier au point de vue axe et calculer la somme des moments (=0). 8) Principe d inertie : Si la somme des forces qui s appliquent sur un objet est nulle, soit il est au repos soit en MRU. Un objet ne peut modifier son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme que si une force non compensée agit sur lui. Cela peut également s écrire : Ftot = 0 objet en MRU où Ftot est la résistante de toutes les forces s exerçant sur l objet. C est ce qu on appelle le principe d inertie. 9) Frottements : Ff = μd. R dynamique Ff = μs. R statique Ff = μr. R roulement μd < μs μ = coeffictient de frottement Chapitre 2 : Travail Energie Puissance. 1) machines simples : - Palan Fm = où N = nombre de cordes d = N. h où h = hauteur ; distance de traction de la corde - Plan incliné F = G Sinα où F = force de traction, à V cste x = h Sinα - Manivelle, ou levier F.R G.R = 0 F = N = = 2) Travail et transfert d énergie : xf = h où xf = distance parcourue par la main où N = nombre de tours W = F.d. Cosα W = joule Une machine simple permet de modifier la force exercée pour déplacer des objets sans affecter le travail à effectuer. ΔE = Ef Ei = W (F) - la source perd de l énergie - La cible gagne de l énergie Travail moteur => lorsque F et d ont même sens. Travail résistant => lorsque F et d ont un sens opposé. 2

3 3

4 1. Electrisation. (= la matière peut se charger). Chapitre 3 : Electricité. q e- = 1,6 x 10 q : charge électrique. Isolant : les charges y restent localisées Conducteur : les charges se déplacent. 2. Générateurs et récepteurs. Circuit électrique : Récepteur 3. Tension et courant électrique. Générateur U = () I = P = UI U = tension électrique ou différence de potentiel (en Volt, noté V et se mesure à l aide d un voltmètre. w = énergie fournie pour déplacer les charges (en Joule, noté J) I = intensité du courant électrique (Ampère, noté A et se mesure avec un ampèremètre) 1A = 1C= 6 10 e- Quantité d électron P = puissance d un récepteur ou d un générateur (en watt, noté w) w = UI x t w = énergie absorbée par le récepteur (w = P x t, P = UI donc w = UI x t) 4. Association des récepteurs. R = R1 + R2 I = I1 = I2 U = U1 + U2 R1 R2 en série 1/R = 1 /R1 + 1/R2 U = U1 = U2 I = I1 + I2 R1 R2 en parallèle 5. Loi d ohm. (Loi la plus fondamentale) U = RI 4

5 6. Effet Joule. («perte» par échauffement) w = RI² x t * * w = P x t -> UI x t -> RI x It -> RI²x t 7. Résistance électrique. R = = résistivité L = longueur du conducteur S = section du conducteur 8. Unité de l énergie. (Joule / kilowattheure) W = P x t 1J = 1w x 1s 1 kwh = 1kw x 1h (coût d 1 kwh = ~ 0.2euros.) 9. Circuit électrique R (résistance au passage de courant électrique. I (flux d électrons) U (différence de potentiel) U = RI loi de ohm P = UI (si U alors et I ) w = P x t = UI x t = RI² x t R = résistance (si R cste, si U alors I ; si U cste, si R alors I ; si I cste, si U alors R ) lorsque l on cherche le coût, on paye l énergie (w). 5

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