Physique 101

Projet fait par Amal Al-Dalawi, a propos les physiques.

[projetfinalsphs2021]

Module E / L'électricité et le magnétisme

Les résultats d’apprentissage :

Expliquer le rôle des champs magnétiques dans la production et la transmission d'énergie électrique.

Analyser, en appliquant la méthode scientifique, les caractéristiques et les propriétés des champs magnétiques et des circuits électriques.

Analyser l’impact de divers modes de production d'énergie électrique et suggérer des stratégies pour répondre à la demande croissante.

Les idées clés :

Les relations entre l'électricité et le magnétisme sont prévisibles.

L'électricité et le magnétisme ont de nombreuses applications technologiques.

Les applications technologiques liées à l'électromagnétisme et aux transformations énergétiques peuvent avoir des effets négatifs et positifs sur la société et l’environnement.

Les concepts fondamentaux :

Matière

Énergie

Systèmes et interactions

Structure et fonction

Durabilité et intendance

Les mots clés :

Circuit électrique : “Boucle fermée à l'intérieur de laquelle circulent des particules chargées ; se compose d’une source d'énergie électrique, d’un conducteur et d’une charge,”

Courant conventionnel : “Flux de charges positives à l'intérieur d’un circuit ; le courant conventionnel circule depuis la borne positive d’une pile jusqu'à sa borne négative,"

Flux d'électrons : “Mouvement des électrons à l'intérieur d’un circuit depuis la borne négative de la pile jusqu'à sa borne positive,”

Pile : “Appareil qui transforme l'énergie potentielle chimique emmagasinée en énergie électrique et qui peut produire un courant constant,”

Courant électrique : “Flux de particules chargées le long d’un conducteur,”

Les symboles graphiques les plus courants

Les symboles graphiques représentent les composants des circuits électriques.

Un circuit électrique doit être ferme pour que les particules chargées qui se déplacent le long du conducteur puissent retourner à la pile.

Un circuit contient :

Une source d'énergie électrique (une pile, par exemple)

Un conducteur (un fil, par exemple)

Une charge qui transforme l'énergie électrique en lumière, en son, en chaleur ou en mouvement

Les circuits peuvent être vraiment complexes et contenir différents types de charges et d’appareils.

Les formules

Le courant (I) = q / delta t

I est le courant en ampères (A), q la quantité de charge, en coulombs (C) et delta t le temps, en secondes (s). 

Le potentiel électrique (V) = E / q

V est le potentiel électrique en volts (V), E l’énergie potentielle électrique, en joules (J) et q la charge, en coulombs (C). 

Source

Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.

[projetfinalsphs2021]

Module D / Les ondes sonores

Les résultats d’apprentissage :

Décrire les caractéristiques et les propriétés des ondes mécaniques en relevant les similitudes et les distinctions entre les ondes observables et les ondes sonores.

Analyser, en appliquant la méthode scientifique, les caractéristiques et les propriétés des ondes mécaniques, y compris les ondes sonores.

Analyser des problèmes causés par les ondes mécaniques et présenter des solutions technologiques découlant de la connaissance scientifique de ces ondes.

Les idées clés :

Les ondes mécaniques ont des caractéristiques spécifiques et des propriétés prévisibles.

Le son est une onde mécanique.

Les ondes mécaniques peuvent avoir des incidences positives et négatives sur les structures, la société et l'environnement.

Les concepts fondamentaux :

Matière

Énergie

Systèmes et interactions

Structure et fonction

Durabilité et intendance

Les mots clés :

Ondes mécaniques : “Onde qui a besoin d’un milieu pour se déplacer,"

Impulsion d’onde transversale : “Impulsion perpendiculaire au sens du mouvement d’une onde dans un milieu,”

Onde transversale : “Onde qui se déplace perpendiculairement à son milieu,”

Onde longitudinale : “Onde qui se déplace parallèlement à son milieu,”

Raréfactions : "Région ou les composantes d’un milieu (par exemple les spires d’un ressort) sont plus éloignées les unes des autres qu'à l'équilibre.

Les différentes sortes des ondes

La majorité des ondes traversent un milieu, à l'exception des ondes lumineuses, dans lesquelles un milieu n'est pas nécessaire. Celles qui ont besoin d'un médium sont appelées « ondes mécaniques ».

Le son est l'une des ondes mécaniques qui voyagent dans l'air, tandis que les ondes sismiques - qui sont produites par les tremblements de terre - voyagent dans l'eau ou la roche. Une corde d'un instrument, lorsqu'elle est pincée, initiera une onde qui se déplacera sur toute la longueur de la corde étirée. Dans tous les cas, l'onde résulte du déplacement d'un milieu par rapport à son point d'équilibre. Un tel déplacement nécessite l'intervention d'une force. En général, il existe deux manières de déplacer un milieu par rapport à son point d'équilibre. En conséquence, il existe deux manières de produire une onde ou une onde d’impulsion - ces deux types sont obtenus par des ondes transversales et des ondes longitudinales.

Les ondes transversales

Une impulsion d'onde transversale est reconnue lorsqu'une impulsion est perpendiculaire à la longueur du ressort.L’agitation de ressort d’un côté à l’autre ou de haut en bas va générer une onde transversale. Il s’agit d’une onde qui se déplace perpendiculairement à son milieu. Quand une onde transversale se déplace dans un milieu, la distance maximale dont le milieu s'éloigne de son point d'équilibre est égale à l'amplitude de l’onde. 

Les ondes longitudinales

Quand une onde se déplace parallèlement à son milieu, on peut réaliser que c’est une onde longitudinale. Si une onde longitudinale se déplace le long d’un ressort, on peut voir des sections ou le ressort est étiré et d’autres où il est comprimé. Les régions où ils sont étirés sont des raréfactions, et celles où ils sont comprimés sont des compressions.

Source

Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.

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Module C / L'énergie et la société

Les résultats d’apprentissage :

Expliquer les principes scientifiques sous-jacents aux transferts thermiques et à l'énergie nucléaire.

Analyser, en appliquant la méthode scientifique, les concepts d'énergie thermique et nucléaire. 

Évaluer des répercussions sociales, technologiques et environnementales des applications de l'énergie thermique et de l'énergie nucléaire. 

Les idées clés :

L'énergie peut se transformer d’un type à un autre.

Les systèmes de transformation de l'énergie entraînent souvent des pertes d'énergie thermique et ne sont jamais totalement efficaces.

Bien que les applications technologiques de la transformation de l'énergie puissent avoir une incidence positive sur la société et l’environnement, elles peuvent aussi avoir des effets négatifs ; par conséquent, on doit les utiliser de façon responsable.

Les concepts fondamentaux :

Matière

Énergie

Systèmes et interactions

Structure et fonction

Durabilité et intendance

Les mots clés :

Conduction : “Transfert d'énergie thermique par contact direct entre les particules de deux substances, sans déplacement des particules vers un nouvel endroit.”

Équilibre thermique : “Etat ou deux objets ont la même température. Ils arrêtent alors d'échanger de l'énergie,"

Convection : “Transfert d'énergie thermique par le transport massif des particules d’un endroit à un autre,”

Rayonnement : “Transfert d'énergie sous la forme d’ondes électromagnétiques ou de particules qui se déplacent à grande vitesse,”

L'énergie de rayonnement : “Energie transférée dans les ondes ou dans les particules qui se déplacent à grande vitesse,”

Les transferts d'énergie thermique 

Il existe trois manières de transférer l'énergie thermique d'un endroit à un autre, consistant en la conduction, la convection et le rayonnement. Les transferts d'énergie thermique impliquent deux ou trois des modes de transfert simultanément.

Conduction

La conduction est le transfert d'énergie thermique par contact entre les particules de deux substances, sans les déplacer [les particules] vers un nouvel emplacement. Les particules énergétiques du matériau « chaud » entrent en collision avec les particules moins énergétiques du matériau plus froid. Les particules les plus lentes absorbent l'énergie et entrent en collision avec celles de l'objet froid. Il faut un certain temps pour que ces particules aient la même énergie cinétique moyenne. A ce moment, les objets ont la même température et ils cessent d'échanger de l'énergie. Ils ont atteint un état d'équilibre thermique. Comme les particules sont plus proches les unes des autres lorsqu'elles sont solides, elles conduisent mieux l'énergie thermique que les liquides. Cependant, les liquides conduisent mieux l'énergie thermique que le gaz.

Convection

La convection est le transfert d'énergie thermique par le transport massif de particules d'un endroit à un autre. Étant donné que les particules ont une liberté de mouvement et ne sont pas maintenues en place comme elles le sont dans les solides, la convection se produit dans les fluides, tels que les liquides et les gaz.

La convection est l'agitation naturelle d'un fluide : la matière plus chaude et moins dense monte, tandis que la matière plus froide et plus dense descend. Toute cette matière atteint finalement une température uniforme. La convection est généralement la méthode la plus efficace de transfert d'énergie thermique dans ces liquides et gaz.

Le rayonnement

Le rayonnement est le transfert d'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques, ou particules, qui se déplacent à grande vitesse. L'énergie qui est transférée dans ces ondes ou particules est « l'énergie rayonnante ». Les types de rayonnement les plus courants sont la lumière visible et d'autres types de rayonnement électromagnétique, tels que le rayonnement infrarouge et ultraviolet. Le rayonnement transporte l'énergie dans l'air ; c'est pourquoi, lorsque vous placez vos mains près d'une ampoule électrique, vous ressentez la chaleur même si vous ne touchez pas l'objet. Lorsque le rayonnement atteint un objet, il est transféré aux particules de l'objet sous forme d'énergie cinétique. 

Tous les objets absorbent et émettent de l'énergie de rayonnement. Lorsque ces objets ont la même température, la quantité d'énergie absorbée est égale à la quantité d'énergie libérée, ce qui n'entraîne aucun changement de température. L'énergie thermique se déplace toujours d'un milieu avec une température plus élevée, vers un milieu avec une température plus basse - à moins qu'une force externe ne fasse ce travail.

Source

Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.

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Module B / Les forces et l'énergie mécanique

Les résultats d’apprentissage :

Démontrer sa compréhension des forces, du travail, de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle gravitationnelle ainsi que des transformations énergétiques, du rendement énergétique et de la puissance.

Vérifier la loi de la conservation de l'énergie à partir d'expériences et d’analyses quantitatives

Analyser l’impact sur les activités quotidiennes des développements technologiques et des connaissances scientifiques en mécanique.

Les idées clés :

Les forces peuvent modifier le mouvement d’un objet

Les applications des lois du mouvement de Newton ont entraîné des développements technologiques qui ont une incidence sur la société et l’environnement...

Les concepts fondamentaux :

Matière

Énergie

Systèmes et interactions

Structure et fonction

Les mots clés :

Force : "Poussée ou traction sur un objet qui peut prendre une grandeur variable et qui peut s’exercer dans différentes directions,”

Force normale : “Force perpendiculaire a une surface de contact commune à deux objets,”

Frottement : “Force qui agit parallèlement à la surface de contact commune entre deux objets et qui resists au mouvement entre eux,”

Force appliquée : “Force qui s’exerce sur un objet,”

Force résultante : “Somme vectorielle de toutes les forces qui s’exercent simultanément sur un objet,”

Tension : “Grandeur de la force exercée par une corde, une ficelle, une chaîne ou un objet similaire sur un autre objet.”

Force gravitationnelle : “Force qui attire deux objets l’un vers l’autre,”

Champ : "Région tridimensionnelle ou s’exerce une influence sur un objet,”

Champ gravitationnel : “Zone d’influence qui entoure tout objet qui possède une masse,”

Masse d’essai : “Masse trop petite pour avoir un effet quantifiable sur le champ gravitationnel,”

Force du champ gravitationnel : “Force gravitationnelle par unité de masse,”

Chute libre : “Situation dans laquelle la seule force qui agit sur un objet en mouvement est la force gravitationnelle,”

Inertie : "Propriété de résistance à un changement de mouvement comme l'accélération ou la décélération,"

Première loi du mouvement de Newton : “Un objet persiste dans son état de repos ou continue son mouvement rectiligne uniforme (à vecteur vitesse constant) tant que la résultante des forces externes qui s’exercent sur lui est nulle,”

Deuxième loi du mouvement de Newton : “Lorsqu’une force résultante extérieure non nulle s’exerce sur un objet, l’objet accélère dans la direction de la force résultante.. La grandeur de l'accélération est directement proportionnelle à la grandeur de la force résultante et inversement proportionnelle à la masse de l’objet,”

Troisième loi du mouvement de Newton : “Si un objet A exerce une force sur un objet B, alors l’objet B exerce sur l’objet A une force de même grandeur, mais de sens contraire,”

Frottement statique : “Force qui empêche un objet au repos de commencer à bouger,"

Frottement cinétique : “Force qui est présente chaque fois qu’un objet glisse sur un autre,”

Coefficient de frottement statique : “Constante de proportionnalité de la relation entre le frottement cinétique maximal et la force normale,”

Coefficient de frottement cinétique : “Constante de proportionnalité de la relation entre le frottement cinétique et la force normale,”

Les forces fondamentales

Source

Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.

[projetfinalsphs2021]

Module A / La cinématique

Les résultats d’apprentissage :

Analyser les relations entre les variables du mouvement uniforme et du mouvement uniformément accéléré, en une et en deux dimensions.

Démontrer, à partir d'expériences, les relations entre les variables du mouvement rectiligne uniforme et du mouvement uniformément accéléré et interpréter les résultats graphiquement et algébriquement.

Évaluer l’incidence de diverses technologies du mouvement sur la qualité de la vie et sur l’environnement.

Les idées clés :

Le mouvement indique un changement de la position d’un objet en fonction du temps

On peut décrire le mouvement à l’aide d'équations mathématiques

De nombreuses applications technologiques de la cinématique ont une incidence sur la société et l’environnement.

Les concepts fondamentaux :

L’energie

Systèmes et interactions

Structure et fonction

Les mots clés :

La mécanique : “Domaine de la physique qui étudie le mouvement des objets,”

La cinématique : “Branche de la mécanique qui explique le ‘quoi’ et le ‘comment’ du mouvement.”

Origine : “Point de référence,”

Position : “Distance en ligne droite entre l’origine d’un objet et son emplacement, indiquant la grandeur du vecteur et sa direction par rapport à l’origine,”

Grandeur scalaire : “Grandeur qui n’a ni direction ni sens,”

Grandeurs vectorielles : “Grandeur qui possède à la fois une direction et un sens,”

Grandeur : “Le nombre et l'unité d’une mesure,”

Distance : "Longueur de la trajectoire qui mène d’une position à une autre, peu importe la direction,”

Déplacement : “Changement de position,”

Mouvement uniforme : “Type de mouvement sans changement de direction,”

Mouvement non uniforme : “Type de mouvement qui possède une changement de direction,”

Vitesse moyenne : “Distance totale parcourue divisée par le temps total pris pour parcourir cette distance,”

Vecteur vitesse : "Déplacement par unité de temps,”

Vecteur vitesse moyen : “Vecteur vitesse calculée pour un intervalle de temps plutôt que pour un instant précis,"

Vecteur vitesse instantané : "Mesure à un instant donné du vecteur vitesse d’un objet,”

Introduction

La « cinématique » est un sous-domaine de la physique, développé en mécanique classique, qui étudie le mouvement en fonction du temps, sans prendre en compte ou considérer les forces qui les font se déplacer. En tant que domaine d'étude, la cinématique est souvent appelée « géométrie du mouvement », et elle est parfois reconnue comme une branche des mathématiques.

Afin de comprendre la cinématique d'un objet en mouvement, un système de référence (également appelé référentiel) doit être défini. Il doit y avoir un point de référence pour l'espace et un point de référence pour le temps. Le type de mouvement impliqué dans la situation doit également être défini. En plus de cela, le mouvement rectiligne uniforme (MRU) décrit une situation dans laquelle l'objet ne subit pas d'accélération tandis qu'un mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA) a lieu lorsqu'il y a une accélération constante, comme un corps en chute libre. Enfin, le mouvement d'un projectile combine un mouvement horizontal à vitesse constante et un mouvement de chute libre dans le sens vertical.

Un système de référence

Pour expliquer plus en détail, un système de référence est un système de coordonnées dans lequel [les composants] peuvent être représentés dans l'espace et le temps.

Il y a cinq éléments importants sur le système de coordonnées :

Le système de coordonnées ; Pour se situer dans l'espace, un système de coordonnées associe un point à des coordonnées précises.

Les coordonnées cartésiennes ; Les coordonnées cartésiennes sont des coordonnées de type (x, y), permettant de localiser un point dans un graphe cartésien par rapport au point d'origine.

Les coordonnées polaires ; Les coordonnées polaires sont des coordonnées de type (r, θ) qui permettent de situer un point grâce à la distance entre le point de départ et le point final, soit le rayon r, ainsi que la mesure de l’angle par rapport à l’axe des abscisses positif, soit l'angle θ.

Convertir des coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires : Pour convertir des coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires, il faut utiliser le théorème de Pythagore ou des relations trigonométriques.

Convertir des coordonnées polaires en coordonnées cartésiennes ; En utilisant les relations trigonométriques, on peut convertir les coordonnées polaires en coordonnées cartésiennes

La distance parcourue

La distance parcourue est le montant total de toutes les positions que l'objet a occupées tout au long de son mouvement. La distance parcourue est déterminée en additionnant les longueurs de plusieurs mouvements distincts, tout au long d'un [grand] mouvement.

Le déplacement

Le déplacement représente la distance orientée qui sépare le point de départ du point d’arrivée. C'est un vecteur, vu que le déplacement a une grandeur, une direction et une signification. Il est représenté par une flèche partant du point de départ jusqu'au point d'arrivée du mouvement. 

La vitesse

La vitesse est le rapport entre la variation de la position et le temps nécessaire pour faire ce changement de position.

La vitesse moyenne

La vitesse moyenne peut accélérer ou ralentir pendant son parcours ; il s’agit du mouvement non uniforme. Elle correspond à la distance parcourue totale divisée par le temps total pris pour parcourir la distance. 

Vitesse moyenne = distance totale / temps total

Aussi, la vitesse moyenne est une grandeur scalaire. 

Le vecteur vitesse moyen

Le vecteur vitesse calculé pour un intervalle de temps plutôt que pour un instant est appelé vecteur vitesse moyenne. 

Vecteur vitesse moyen = déplacement / temps écoulé

ou 

Vecteur vitesse moyen = df-di / tf-ti

Le vecteur vitesse instantané

La vitesse instantanée est la vitesse à un instant précis du déplacement. Si le vecteur vitesse d’un objet est constant, le vecteur vitesse instantané est égal au vecteur vitesse moyen et à la pente du graphique. Le calcul de la tangente permet de déterminer le vecteur vitesse d’un objet à un instant donné. 

L’accélération

Un changement du vecteur vitesse indique une accélération, et l'accélération est le taux de changement du vecteur vitesse. Si le vecteur vitesse et l'accélération sont de même signe, il y a une accélération. Mais s’ils sont de signes opposés, il y a une décélération.

Source

Alloprof aide aux devoirs | Alloprof. (n.d.). Alloprof. Retrieved June 25, 2021, from https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/physique/la-cinematique-p1000

Sandner, L., Durocher, L., & Saucyer, J. R. (2012). Physique 11 STSE. Chenelière Éducation.