Vous trouverez ci-dessous la progression approximative de l'année.
Certains chapitres peuvent être placés autrement en raisons des contraintes du planning (jours feriés et devoirs).
À noter que le chapitre de géométrie sera traité en plusieurs morceaux séparés, pendant les cours de soutien.
I. Mesure et unités
II. Les unités du Système International (SI)
- Les 7 constantes fondamentales
- Les 7 unités de fondamentales
- Unités dérivées
- Puissances de 10 et préfixes du Système International (SI)
III. Dimensions
- Dimensions fondamentales
- Dimension d’une grandeur quelconque
- Analyse dimensionnelle
ANNEXE : Usage des lettres grecques en physique
CHAP I - RUDIMENTS DE GÉOMÉTRIE POUR LA PHYSIQUE
I. Géométrie dans l'espace 2D/3D euclidien
- Vecteurs et trigonométrie
- Quantifier/Mesurer l'espace : le produit scalaire
- Orienter l'espace : le produit vectoriel
II. Droites et plans
III. Barycentres
- Définitions et propriétés
- Applications
- Elargissement continu
IV. Coniques
- Définition monofocale des coniques
V. Surfaces de révolution
- Définition
- Volume inscrit dans une surface de révolution
CHAP II - CINÉMATIQUE DU POINT
I. Temps, espace, référentiels
- Le temps et sa mesure
- Référentiels
- Dérivation temporelle d'une fonction vectorielle du temps
- Intégration temporelle d'une fonction vectorielle du temps
II. Vitesse et accélération
- Vitesse
- Accélération
- Mouvements particuliers
- Application: mouvement reciligne uniforme
- Application: mouvement uniformément accéléré
III. Coordonnées et bases non cartésiennes
- Coordonnées et base de projection cylindro-polaire
- Abscisse curviligne et base locale de Frenet
- Coordonnées et base de projection sphérique
CHAP III - DYNAMIQUE DU POINT
I. Lois de Newton
- Principe d'inertie
- Principe Fondamental de la Dynamique (PFD)
- Principe des actions réciproques
II. Forces d’interaction à distance élémentaires
- Interaction gravitationnelle
- Interaction électromagnétique
- Interaction forte
- Interaction faible
- Synthèse et unification
III. Théorème de la résultante cinétique / du centre d'inertie (TRC/TCI): du système au point matériel
IV. Forces de contact entre systèmes matériels
- Réaction d’un support et frottement solide
- Force de frottement fluide
- Forces de tension : fils et poulies
- Force de tension élastique : loi de Hooke
V. Méthode de résolution d’un problème de mécanique
CHAP IV - ENERGIES DU POINT MATÉRIEL
I. Puissance, travail et énergie cinétique
- Théorème de la puissance cinétique (TPC)
- Théorème de l'énergie cinétique
II. Energie potentielle - Energie mécanique
- Notion de force conservative
- Forces conservatives à connaître
- Théorème de la puissance/l'énergie mécanique (TPM/TEM)
III. Equilibre et stabilité
- Définition - Approche dynamique
- Approche énergétique (système à un degré de liberté (d.l.)
IV. Etude énergétique du mouvement d'un syst. à 1 d.l.
- Recherche des positions d'équilibre et leur stabilité
- Prévisions qualitatives sur le mouvement
- Période des oscillations autour d'une position d'équilibre stable
- Théorème d'équipartition pour l'oscillateur harmonique
CHAP V - MOUVEMENT DE PARTICULES CHARGÉES DANS DES CHAMPS STATIQUES ET UNIFORMES
I. Mouvements dans un champ électrique
- Approche énergétique
- Mouvement dans $\vec {E
II. Mouvement dans un champ $\vec {B
- Approche énergétique
- Etude des propriétés générales du mouvement
- Résolution analytique du PFD en coordonnées cartésiennes
- Applications
CHAP VI - MOMENT CINÉTIQUE DU POINT MATÉRIEL
I. Théorème du moment cinétique (TMC)
- Moment cinétique
- TMC et moment de force
- Cas des mouvements plan
- Application : mouvements pendulaires plans
II. Mouvements à force centrale
- Forces centrales
- Propriétés des mouvements à force centrale
III. Mouvements à force centrale conservative
- Forces centrales conservatives
- Etude du mouvement à l'aide des intégrales premières du mouvement
- Application: Simulation Numérique du mouvement 2D quelconque d'un système masse-ressort
CHAP VII - PROBLÈME NEWTONIEN À UN CORPS
I. Géométrie : retour sur les coniques
- Définition monofocale des coniques
- Définition bifocale de l'ellipse et de l'hyperbole
- Coniques sous forme polaire
II. Etats et trajectoires du problème newtonien
- Rappel: approche énergétique $\Rightarrow $ états liés ou de diffusion
- Résolution du PFD par la méthode de Binet
- Trajectoires du problème newtonien
- Energie mécanique et excentricité
- Cas des états liés: énergie mécanique et grand-axe de l'ellipse
III. Applications
- Etats liés - Lois de Kepler
- Vitesses cosmiques
CHAP VIII - DYNAMIQUE DES SYSTÈMES DE POINTS
I. Dynamique des systèmes de points
- TRC / TCI / TRD (rappel)
- TMC
- Point d'application d'une résultante
II. Energétique des systèmes de points
- TEC - TPC
- Puissance des forces intérieures
- Energie potentielle d'interaction
- Energie potentielle de pesanteur
III. Dynamique du solide
- Champ des vitesses dans un solide - torseur cinématique
- Condition d'équilibre d'un solide
- Puissance des actions extérieures sur un solide
- Moment d'inertie d'un solide en rotation autour d'un axe fixe
- Liaison pivot - cf exercice 2 (M8)
- Pendule de torsion
- Pendule pesant
CHAP IX - MÉCANIQUE QUANTIQUE
I. Dualité Onde-Corpuscule de la lumière
- Le rayonnement thermique (du corps noir) - Cte de Planck
- L'effet photoélectrique
- Propriétés du photon
- Diffusion Compton (1922)
- Interférence de photons uniques (Cachan, LPQM)
II. Dualité onde-corpuscule de la matière
- Longueur d'onde de De Broglie (1923)
- Diffraction d'électrons par un cristal (Thomson \& Reid , sur Pt, Davisson \& Germer sur Ni, 1927)
- Interférences de corpuscules - trous d'Young (ou biprisme)
III. Fonction d'onde
- Retour sur les fentes d'Young - Analyse
- Fonction d'onde
- Remise en cause des idées classiques
- Equation de Shr\"odinger (Hors Pgm)
IV. Principe d'indétermination de Heisenberg (spatial)
- Retour sur l'expérience de diffraction par une fente
- Forme générale
- Energie minimale de l'oscillateur harmonique quantique
V. Confinement et quantification
- Particule libre dans un puits de potentiel infini 1D
- Conséquences (générales) du confinement
Partie III : THERMODYNAMIQUE
I. Etude d'un gaz à basse pression
- Dispositif expérimental
- Résultats expérimentaux - Diagramme d'Amagat
- Mesure de température (poly)
- Equation d'état des gaz parfaits
II. Théorie cinétique du gaz parfait
- Définition microscopique et statistique
- Définition cinétique de la pression
- Définition cinétique de la température
- Libre parcours moyen
III. Gaz ou fluides réels et phases condensées
- fluide réel et gaz de Van der Waals
- Dilatation et compressibilité - coefficients thermoélastiques
- Phases condensées incompressibles et indilatables
IV. Définitions générales sur les systèmes thermodynamiques (poly)
CHAP II - STATIQUE DES FLUIDES DANS LE CHAMP DE PESANTEUR
I. Champ de pression dans un fluide au repos
- Forces appliquées à 1 fluide au repos
- Loi de la statique des fluides (approche 1D)
- Vecteur gradient
II. Champ de pression dans un fluide incompressible et homogène
- Fluide incompressible et homogène
- Applications
III. Atmosphère isotherme et facteur de Boltzmann
- Structure de l'atmosphère terrestre
- Modèle de l'atmosphère isotherme
- Approche probabiliste - Facteur de Bolztmann
IV. Poussée d'Archimède
- Théorème d'Archimède
- Applications
CHAP III - PREMIER PRINCIPE: L'ÉNERGIE
I. Energie interne et capacité thermique
- Energie interne
- Capacité thermique à volume constant
II. Premier principe
- Construction du premier principe
- Enoncés du principe
- Transferts thermiques
- Travaux macroscopiques (des forces extérieures non conservatives)
III. Travail des forces extérieures de pression
- Cas du cylindre à piston
- Calcul général
- Cas des transformations (mécaniquement) quasi-statiques
- Diagramme de Clapeyron
IV. Calorimétrie et enthalpie
- Calorimétrie à volume constant
- Calorimétrie isobare ou monobare
V. Transformations quasi-statiques des gaz parfaits
- Transformations quasi-statiques
- Compression ou détente (mécaniquement) QS et isotherme d'un GP
- Transformation (mécaniquement) QS et adiabatique d'un GP
- Généralisation: transformations polytropiques (mécanmt) QS d'un GP
CHAP IV - SECOND PRINCIPE
I. Equilibre, réversibilité et irréversibilité
- Réversibilité et irréversibilité
- Causes d'irréversibilité
II. Second principe
- Enoncé (moderne)
- Conséquences directes
- Calcul de l'entropie créée
III. Calcul de variation d'entropie
- Gaz Parfait
- Phase condensée
IV. Interprétation statistique de l'entropie (approche documentaire)
CHAP V - MACHINES THERMIQUES
I. Machines thermiques
- Principe
- Inégalité de Clausius
- Machine thermique monotherme - Principe de Carnot
II. Machines thermiques dithermes
- Diagramme de Raveau
- Moteur ditherme
- Machine frigorifique et pompe à chaleur
III. Le moteur à explosion
- Les 4 temps du moteur à essence
- Le cycle de Beau de Rochas (1862) ou d'Otto (1876)
- Rendement théorique de Beau de Rochas
IV. Bilan local en circuit ouvert
CHAP VI - CHANGEMENT D'ÉTAT D'UN CORPS PUR
I. Corps pur sous plusieurs phases
- Phases et états
- Diagramme de phases d'un corps pur (p,T)
II. Bilan énergétique et entropique d'un changement d'état de corps pur
- Analyse thermique
- Enthalpie (Chaleur latente) de changement d'état
- Variation d'entropie au changement d'état isobare
III. Etude de l'équilibre liquide-vapeur
- Isothermes d'Andrews (p,v)
- Titre massique et molaire - règle des moments
- Diagramme (p,h)
- Vaporisation, évaporation, ébullition
IV. Retard à la transition de phase
- Définition
- Exemples
CHAP I - CHAMP MAGNÉTIQUE
I. Approche expérimentale
- Aimants, boussoles et champ magnétique
- Champs magnétiques créés par des courants
II. Propriétés du champ magnétique
- Relation entre courant et champ magnétique
- Flux conservatif et topographie des lignes de champ
- Principe de superposition
III. Dipole magnétique - moment (dipolaire) magnétique
- Notion de dipole magnétique
- Moment (dipolaire) magnétique
- Actions d'un champ magnétique sur un dip\^ole magnétique
CHAP II - INDUCTION DANS UN CIRCUIT FIXE
I. Variation du flux magnétique - Loi de Faraday
- Expérience: induction dans une bobine fixe
- Loi de modération / de Lenz
- Modélisation électrique - Loi de Faraday
II. Induction propre (ou auto-induction)
- Inductance (propre) d'un circuit
- Auto-induction
- Aspect énergétique
III. Induction mutuelle
- Expérience : Couplage magnétique
- Coefficient d'inductance mutuelle
- Modèle électrique - équations couplées
- Aspect énergétique
IV. Le transformateur
- Couplage parfait de 2 circuits
- Rapport de transformation
- Transformateur parfait
- Applications
CHAP III - CONVERSION ÉLECTROMÉCANIQUE DE PUISSANCE
I. Conducteur mobile dans un champ constant
- Induction de Lorentz
- Expérience du rail de Laplace
- Force de Laplace
II. Conversion électro-mécanique
- Retour sur le rail de Laplace
- Cas général
- Applications
III. Haut-parleur électrodynamique
- Principe
- Schéma équivalent électrique
- Equation mécanique
- Régime harmonique
- Impédance du HP - Impédance motionnelle
CHAP IV - CONVERTISSEURS ÉLECTROMÉCANIQUES ROTATIFS
I. Actions de Laplace subies par un circuit dans un champ magnétique
- Spire rectangulaire rigide dans $\vec {B
- Circuit rigide de forme quelconque dans $\vec {B
- Dip\^ole magnétique dans un champ quelconque
- Conséquences: Propriétés Générales
II. Machines à courant alternatif
- Alternateur (machine synchrone génératrice)
- Moteur synchrone
- Moteur / Génératrice asynchrone
III. Machine à courant continu (MCC)
- Principe - équation mécanique
- Equation mécanique
- Equations électriques
- Point de fonctionnement en régime statique - Applications