Physique - 6 ème année - Ecole Européenne Table des matières Chapitre n 1 : CINEMATIQUE DE NEWTON I) Système et référentiel : 1) Système : 2) Référentiel et repère : 3) Position d'un mobile : a) Vecteur déplacement et rayon vecteur : b) Coordonnées cartésiennes : c) Abscisse curviligne : II) Vecteur vitesse : 1) Définition : a) Etude théorique : b) Etude pratique : 2) Expression du vecteur vitesse : a) En coordonnées cartésiennes : b) En coordonnées curvilignes : III) Vecteur accélération : 1) Définition : 2) Expression du vecteur accélération : a) En coordonnées cartésiennes : b) En coordonnées curvilignes : IV) Etude de quelques cas particuliers : 1) Mouvement rectiligne et uniforme : a) Définition : b) Loi horaire du mouvement : 2) Mouvement rectiligne et uniformément varié : a) Définition : b) Loi horaire du mouvement : c) Propriétés : 3) Mouvement à vecteur accélération constant : a) Lois horaires du mouvement : b) Nature de la trajectoire : V) Relativité du mouvement : 1) Généralités : 2) Relativité de la trajectoire : (T.P.) 3) Composition des vitesses : Chapitre n 2 : DYNAMIQUE ET LOI DE CONSERVATION I) Les principes de la mécanique : 1) Première loi de Newton : principe d'inertie : a) Définitions : b) Expérience : 1 11 11 11 11 13 16 16 16 18 18 18 19 19 19 19 20 23 25 25 25 25 26 Ecole Européenne de Francfort Page 1
Table des matières c) Enoncé : d) Référentiel galiléen : 2) Deuxième loi de Newton : loi fondamentale de la dynamique : a) Expérience : b) Enoncé : 3) Troisième loi de Newton : loi d'interaction : II) Travail et puissance d'une force : 1) Travail élémentaire : 2) Travail d'une force lors d'un déplacement fini : a) Force localisée et constante : b) Forces localisée constamment orthogonale au déplacement : c) Forces réparties : 3) Exemple du calcul du travail du poids : 4) Puissance d'une Force : IV) L'énergie en mécanique classique : 1) Configurations et états d un système : 2) Définitions : a) Energie potentielle : b) Energie Cinétique : 3) Exemples de calcul de l'énergie potentielle : a) Energie potentielle de pesanteur : b) Energie potentielle d'élasticité d'un ressort : V) Loi de conservation de l'énergie : 1) Energie mécanique : 2) Système conservatif : 3) Système non conservatif : 4) Théorème de l'énergie cinétique : 5) Energie interne d'un système de particules : VI) Quantité de mouvement : 1) Expérience : 2) Définition : 3) Loi de conservation de la quantité de mouvement : 4) Energie cinétique et quantité de mouvement : VII) Introduction des relations de la mécanique relativiste : 1) Energie de masse et relation d'einstein : 2) Quantité de mouvement en mécanique relativiste : 3) Relation entre énergie et quantité de mouvement : I) Choc ponctuel entre particules : 1) Choc ou collision : 2) Modèle du choc ponctuel : II) Lois de conservation au cours d'un choc : Chapitre n 3 : LES CHOCS 25 26 26 26 27 27 27 27 28 28 28 28 28 30 30 30 31 31 31 32 32 32 33 33 34 34 34 34 34 35 35 36 40 Page 2 Christian BOUVIER
Physique - 6 ème année - Ecole Européenne 1) Conservation de la quantité de mouvement : a) Système isolé ou pseudo isolé : b) Système non pseudo isolé : c) Etude expérimentale : 2) Choc élastique : 3) Choc inélastique : III) Choc élastique : 1) Indétermination du problème : 2) Choc élastique dans le référentiel du laboratoire : a) Choc frontal : b) Choc latéral : 3) Choc élastique dans le référentiel barycentrique : Chapitre n 4 : CINEMATIQUE DU MOUVEMENT CIRCULAIRE I) Grandeurs cinématiques associées au mouvement circulaire : 1) Repérage d'un point mobile : a) Abscisse curviligne : b) Abscisse angulaire : c) Relation entre abscisse curviligne et abscisse angulaire : 2) Vitesse linéaire et vitesse angulaire : a) Vitesse linéaire : b) Vitesse angulaire : 3) Vecteur accélération : a) Définition cinématique : b) expression dans le repère de Frénet : 4) Composantes dans le repère de Frénet : a) Repère de Frénet : b) Vecteur vitesse : c) Vecteur accélération : II) Cas particulier du mouvement circulaire uniforme : 1) Vitesse angulaire : 2) Vecteur accélération : 3) Période de rotation : Chapitre n 5 : MOUVEMENT DES SATELLITES ET DES PLANETES I) La loi de la gravitation universelle : 1) Les 3 lois empiriques de Kepler : a) Les deux premières lois de Kepler : b) Troisième loi de Kepler : 2) Satellite d'une planète : 3) Loi d'attraction universelle : a) La pomme et la Lune : 44 44 46 47 49 50 53 53 53 53 54 56 56 Ecole Européenne de Francfort Page 3
Table des matières b) Interaction de gravitation : c) Objet à symétrie sphérique : II) Champ de gravitation : 1) Notion de champ de gravitation : 2) Définition : 3) Lignes de champ : III) Champ de pesanteur : 1) Force gravitationnelle et poids : 2) Champ de gravitation et champ de pesanteur : 3) Champ de pesanteur uniforme : IV) Mouvement d un satellite dans le champ d un astre : 1) Mouvement d une planète et lois de Kepler : 2) Satellite de la Terre : a) Généralités : b) Satellite géostationnaire : V) Apesanteur et impesanteur : Chapitre n 6 : SYSTEMES OSCILLANTS I) Notion de système oscillant : 1) Définitions : a) Exemples d'oscillateurs : b) Equilibre d'un système : c) Oscillateur et période : 2) Différents types d'oscillations : II) Dispositif solide-ressort ou oscillateur élastique : 1) Force de rappel exercée par un ressort : 2) Dispositif expérimental : 3) Etude "mécaniste" de l'oscillateur élastique non amorti : a) Equation différentielle : b) Oscillateur harmonique : 4) Oscillateur harmonique et mouvement circulaire uniforme : 5) Amortissement de l'oscillateur élastique : III) Aspect énergétique : IV) Pendule simple : 1) Pendule pesant et pendule simple : 2) Etude mécaniste du pendule simple : a) Equation différentielle : b) Cas des petites oscillations : V) Oscillations mécaniques forcées : 1) Dispositif expérimental : 2) Définition : 3) Résonance : a) Mise en évidence : 57 57 57 57 57 58 58 58 58 59 59 59 60 60 60 60 61 63 66 66 66 66 66 67 68 69 70 70 70 71 71 71 Page 4 Christian BOUVIER
Physique - 6 ème année - Ecole Européenne b) Courbe de résonance : 73 76 Chapitre n 7 : INTERACTIONS ELECTRIQUES ET CONDENSATEUR I) Loi de Coulomb : 1) Interaction électrostatique : 2) Enoncé de la loi de Coulomb : a) Mesure de la force de Coulomb : b) Vecteur force : 3) Loi de Coulomb et loi de gravitation : II) Champ électrique : 1) Notion de champ électrique : 2) Définition : 3) Champ électrique créé par une charge ponctuelle : 4) Champ électrique uniforme : III) Généralités sur les condensateurs : 1) Capacité d un condensateur : a) Condensation de l électricité : b) Variation de la charge avec la tension appliquée : 2) Association de condensateurs : a) Condensateurs en parallèle : b) Condensateurs en série : 3) Capacité du condensateur plan : 4) Energie emmagasinée par le condensateur : Chapitre n 8 : CHAMP MAGNETIQUE ET BOBINE I) Notion de champ magnétique : 1) Sources de champ magnétique : a) Les aimants : b) Les courants : c) La Terre : 2) Unité et mesure du champ magnétique : a) Unité légale : b) Le tesla-mètre : c) Ordre de grandeur : 4) Spectre magnétique : a) Lignes de champ : b) Spectre du champ magnétique : II) Différents effets du champ magnétique : 1) Action d'un champ magnétique sur un aimant : 2) Action d'un champ magnétique sur un faisceau d'électrons : 3) Action d'un champ magnétique sur un courant, force de Laplace : 77 77 77 77 77 78 78 78 78 78 79 79 81 81 81 82 84 89 89 89 90 Ecole Européenne de Francfort Page 5
Table des matières a) Expérience de Laplace : b) Intensité du champ magnétique : III) Champ magnétique créé par un fil infini parcouru par un courant IV) Notions sur l origine des phénomènes magnétiques : 1) A l'échelle macroscopique : 2) A l'échelle atomique ou nucléaire : a) Le ferromagnétisme : b) Le paramagnétisme : c) Le diamagnétisme : d) L'antiferromagnétisme : V) Solénoïde, bobine et bobines de Helmholtz : 1) Solénoïde et bobine : 2) Bobines de Helmholtz : 3) Champ magnétique uniforme : Eletricité n 1 : CONDENSATEUR ET CIRCUIT RC I) Généralités : 1) Algébrisation des grandeurs électriques : 2) Rappel de la loi d Ohm : 3) Cas du condensateur : 4) Relation entre charge et intensité : II) Capacité d un condensateur : 1) Condensation de l électricité : 2) Variation de la charge avec la tension appliquée : 3) Relation algébrique instantanée : III) Réponse d un dipôle RC à un "échelon de tension" : 1) Expérience théorique : 2) "Charge" du condensateur : a) Etablissement de l équation différentielle : b) Solution de l équation différentielle : c) Charge et intensité du courant : 3) Décharge du condensateur dans une résistance : a) Etablissement de l équation différentielle : b) Solution de l équation différentielle : c) Charge et intensité du courant : 4) Constante de temps du dipôle RC : a) Analyse dimensionnelle : b) Détermination de la constante de temps : c) Influence de la constante de temps : 5) Etude expérimentale : IV) Energie emmagasinée par le condensateur : : 90 90 91 91 91 91 91 92 92 92 93 93 93 94 95 98 103 103 103 104 104 104 104 105 105 105 105 106 106 107 108 111 Page 6 Christian BOUVIER
Physique - 6 ème année - Ecole Européenne Eletricité n 2 : BOBINE ET CIRCUIT RL I) Influence d une bobine dans un circuit : 1) Généralités : 2) Retard à l établissement du courant : 3) Surtension à l ouverture du circuit : II) Caractéristiques d une bobine : 1) Inductance d une bobine : 2) Tension aux bornes d une bobine : III) Réponse d un dipôle RL à un échelon de tension : 1) Expérience théorique : 2) Etablissement du courant : a) Equation différentielle : b) Solution de l équation différentielle : 3) Rupture du courant : a) Equation différentielle : b) Solution de l équation différentielle : 4) Constante de temps du dipôle RL : a) Analyse dimensionnelle : b) Détermination de la constante de temps : c) Influence de la constante de temps : 5) Etude expérimentale : IV) Energie magnétique emmagasinée dans la bobine : Eletricité n 3 : OSCILLATIONS LIBRES D'UN CIRCUIT RLC I) Régime libre du circuit RLC série : 1) Expérience : 2) Oscillations libres du circuit RLC série : a) Régime pseudo-périodique : b) Régime apériodique : c) Régime apériodique critique : 3) Equation différentielle : II) Décharge oscillante non amortie du circuit LC : 1) Mise en équation : 2) Solution de l équation différentielle : a) Oscillateur harmonique : b) Conditions initiales : c) Notion d avance et de retard : 3) Période et pseudo-période : III) Etude énergétique : 1) Montage : 2) Résultats : 3) Interprétation qualitative des oscillations : 1 1 1 116 116 116 1 1 1 118 1 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 6 7 7 Ecole Européenne de Francfort Page 7
Table des matières IV) Analogie électro-mécanique : 1) Tableau comparatif : 2) Autres points de comparaison : 3) Etude de l'oscillateur amorti : a) Oscillateur mécanique amorti : b) Oscillateur électrique avec résistance : c) Conclusion : V) Entretien des oscillations : 1) Amplificateur opérationnel, résistance négative : 2) Circuit oscillant : Electricité n 4 : COURANT ELECTRIQUE SINUSOÏDAL OSCILLATIONS ELECTRIQUES SINUSOÏDALES FORCEES I) Généralités : 1) Signal et réponse : 2) Conventions et représentations : a) Présentation : b) déphasage : c) Représentation de Fresnel de u(t) et i(t) : d) Dipôles en série : 3) Intensité et tension efficaces : 4) Impédance : 5) Facteur de puissance : II) Etude théorique de quelques dipôles : 1) Introduction : 2) Conducteur ohmique : 3) Condensateur : 4) Bobine ou solénoïde : a) Bobine idéale : b) Bobine réelle : III) Etude d un circuit R, L, C série : 1) Impédance et déphasage : 2) Facteur de puissance : 3) Résonance d intensité du circuit R, L, C série : IV) Courbes d'évolution de l'amplitude de la réponse en fonction de la fréquence N : 1) Présentation : 2) Représentation graphique : V) Etude expérimentale d un circuit R, L, C série : 1) Expérience : 2) Résonance d intensité du circuit R, L, C : a) Mise en évidence : b) Courbe de résonance : c) Acuité de la résonance : 8 8 8 8 8 9 9 9 9 130 131 134 137 137 137 137 137 138 139 0 0 1 2 2 2 2 1 1 4 5 5 6 6 7 7 7 8 8 9 9 150 150 Page 8 Christian BOUVIER
Physique - 6 ème année - Ecole Européenne Optique n 1 : LENTILLES MINCES I) Généralités sur les systèmes optiques : 1) Notion d'objet et d'image : 2) Stigmatisme : 3) Diamètre apparent d'un objet étendu. Pouvoir séparateur : II) Généralités sur les lentilles minces : 1) Définitions : 2) Conditions de Gauss : III) Lentilles minces convergentes : 1) Foyers et distances focales : a) Foyers et distance focale image : b) foyers et distance focale objet : c) Marche d'un rayon quelconque : 2) Image d'un objet par une lentille mince convergente : a) Image d'un objet réel situé en avant le foyer objet F : b) Image d'un objet réel situé entre O et F : c) Image d'un objet situé à l'infini : d) Image d'un objet virtuel : 3) Formules de conjugaison : 4) Formule de grandissement : IV) Lentilles minces divergentes : 1) Foyers et distances focales : a) Foyers et distance focale image : b) foyers et distance focale objet : c) Marche d'un rayon quelconque : 2) Image d'un objet par une lentille mince divergente : a) Image d'un objet réel : b) Image d'un objet virtuel situé entre O et F : 3) formules de conjugaison : V) Vergence d'une lentille : 1) Définition et unité : 2) Vergence de deux lentilles minces L 1 et L 2 accolées : Optique n 2 : APPLICATION DE L'OPTIQUE GEOMETRIQUE I) Focométrie : 1) Utilisation de la relation de conjugaison : 2) Méthode de Bessel : 3) Méthode de Silbermann : 4) Autocollimation : 5) Conclusion : 1 159 161 161 161 161 161 162 162 163 163 163 163 164 164 164 164 1 1 166 166 167 167 167 167 167 168 168 168 169 169 169 169 169 1 6 7 7 7 7 8 8 8 Ecole Européenne de Francfort Page 9
Table des matières II) L'œil : 1) Les fonctions de l œil : a) L accommodation : b) Rôle de la pupille : c) Pouvoir séparateur : 2) Les défauts de l œil : a) La myopie : b) L'hypermétropie : c) La presbytie : d) L'astigmatisme : III) La loupe : 1) Utilisation de la loupe : 2) Grossissement : 3) Puissance : IV) Le microscope : 1) Description et utilisation : 2) Construction des images successives : 3) Latitude de mise au point : 4) Cercle oculaire : 5) Pouvoir séparateur : V) Limite du pouvoir séparateur d'un instrument d'optique : 1) Phénomène de diffraction : a) Diffraction par une fente : b) Diffraction par un trou circulaire : c) Diffraction par un objet opaque : 2) Pouvoir séparateur d un instrument d optique : 3) Calculs : VI) Lunette astronomique : 1) Image donnée par l objectif : 2) Image finale : 3) Grossissement d une lunette afocale : 4) Cercle oculaire : 5) Collecteur de lumière : 6) Lunette de Galilée : 9 9 9 9 9 1 1 1 1 1 181 181 181 182 182 182 183 184 184 185 185 185 185 186 186 186 1 1 1 1 1 189 189 190 191 197 Page 10 Christian BOUVIER