Cahier de texte − ATS − Physique

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Partie A : Mécanique

Mardi 3 septembre
  • Accueil des élèves, présentation de l’année

    Chapitre 1 : Observation du mouvement
  • Notion de point matériel
  • La vitesse comme la dérivée de la distance
  • Description du mouvement d’un point matériel dans l’espace : référentiels d’observation, repères d’espace et de temps
Jeudi 5 septembre
  • La distance comme l’intégrale de la vitesse
  • Dérivée de la vitesse : accélération
  • Énergie cinétique
  • Principe d’inertie, référentiels galiléens et propriétés
  • TP : Dans la peau de Galilée (incertitudes, élaboration et amélioration d’un protocole de mesure, chute libre)
Lundi 9 septembre
  • TD chapitre 1 : exercices 1, 2, 4, 5, 6, 7
Mardi 10 septembre
Chapitre 2 : Interactions conservatives
  • Énergie potentielle d’un système en interaction, fonction d’une seule variable spatiale
  • Interactions conservatives
    • Interaction électromagnétique
    • Énergie potentielle élastique
    • Interaction gravitationnelle
    • Énergie potentielle de pesanteur
  • Comportement du système en fonction du signe de la dérivée de l’énergie potentielle
  • Analogie de la « bille roulant sur le potentiel »
  • Positions d’équilibre et stabilité
  • Application : longueur à l’équilibre d’un système masse-ressort vertical
Jeudi 12 septembre
  • Application : longueur à l’équilibre d’un système masse-ressort vertical
  • TP : pointage vidéo de la chute de balles de différentes masses
Lundi 16 septembre
  • TD chapitre 2 : exercices 1, 2, 3, 4, 5
Mardi 17 septembre
Chapitre 3 : Énergie mécanique
  • Définition de l’énergie mécanique
  • Conservation de l’énergie mécanique pour un système soumis uniquement à des forces conservatives
  • Interprétation graphique sur un graphique d’énergie potentielle
  • Applications : balle lancée vers le haut, chute libre sans frottement, système masse-ressort horizontal
  • États libres et états liés : potentiel de Lennard-Jones, vitesse de libération d’un satellite.
  • Non conservation de l’énergie mécanique : introduction des frottements, étude expérimentale de l’étude d’une balle de ping-pong
  • Frottements fluides et frottements solides
  • Puissance des forces de frottement fluide
  • Théorème de l’énergie mécanique : formé générale
  • Étude du mouvement d’un système soumis à des frottements : obtention de l’équation différentielle
Jeudi 19 septembre
  • Résolution d’une équation différentielle d’ordre 1 avec second membre
  • TP : Étude par pointage vidéo de différents oscillateurs : recherche de la position d’équilibre par modélisation de la sinusoïde acquise, étude énergétique
Lundi 23 septembre
  • TD : exercices 1, 2, 3 et 4
Chapitre 4 : Oscillateurs
Mardi 24 septembre
  • Comportement général d’un système aux abords d’un minimum d’énergie potentielle : oscillations
  • Oscillateur harmonique : obtention de l’équation différentielle régissant le comportement d’un système masse-ressort horizontal
  • Solutions de l’oscillateur harmonique : sinusoïdes
  • Détermination des constantes en fonction des conditions initiales
  • Caractère universel de l’oscillateur harmonique lors de petites oscillations autour d’un minimum d’énergie potentielle ; développement de Taylor et développement limités en physique
Mercredi 26 septembre
DS n°1 de Physique
Jeudi 27 septembre
  • Système masse-ressort avec frottements : oscillations amorties
  • Obtention de l’équation différentielle
  • Forme canonique et résolution de l’équation différentielle : polynôme caractéristique
  • Oscillations faiblement amorties : régime pseudo-périodique
  • Régimes critique et apériodique
  • TP : Étude d’un système masse-ressort vertical ; mise en équation du pendule et approximation des petits angles
Lundi 30 septembre
  • TD : exercices 1 et 2

Partie B : Thermodynamique

Chapitre 1 : Transferts et formes d’énergie
Mardi 1 octobre
  • Formes d’énergie, « Production » d’énergie, énergies renouvelables
  • Énergie interne, cas des gaz parfaits et des phases indilatables et incompressibles, capacité thermique
  • Thermostat
  • Système thermodynamique, échelles d’étude
  • Systèmes isolé, fermé, ouvert
  • Pression et température : interprétations microscopiques
  • Variables d’état, variables intensives et extensives
Jeudi 3 octobre
  • Équilibre thermodynamique
  • Équation d’état
  • Différents types de transformations : vocabulaire
  • Distribution du DM 2
Lundi 7 octobre
  • Transferts d’énergie sous forme de travail ; travail des forces de pression
  • Transferts d’énergie sous forme de chaleur ; formes de transfert thermique ; différence entre chaleur et température
  • TD : Exercices 1, 2, 3, 4 et 5
Mardi 8 octobre
Chapitre 2 : Conservation de l’énergie
  • Énoncé du premier principe de la thermodynamique
  • Exemples d’application du premier principe dans des cas particuliers
  • Application : exercice 9 du TD : expérience de Joule
  • Modèle du gaz parfait ; équation d’état
  • Capacités thermiques à volume constant et à pression constante, capacités thermiques massique et molaire, relation de Mayer
Jeudi 4 octobre
  • Applications du premier principe à un gaz parfait : transformations isochore, isobare, isotherme, adiabatique
  • TP : Calorimétrie, détermination de la capacité thermique du calorimètre par la méthode des mélanges
Lundi 14 octobre
  • TD : exercices 10, 11 et 13
Chapitre 3 : Bilans enthalpiques
Mardi 15 octobre
  • Enthalpie : définition
  • Intérêt de l’enthalpie : écriture du premier principe lors d’une transformation monobare
  • Variation d’enthalpie d’un gaz parfait : relation de Mayer
  • Pourquoi a-t-on C_p>C_v ?
  • Changements d’état : noms des transitions de phase
  • Description d’un changement d’état : constance de la pression et de la température lors du changement d’état
  • Diagramme de phase (p,T) ; point triple ; point critique
Jeudi 17 octobre
  • Variation d’enthalpie due à un changement d’état
  • Réactions chimiques : équilibrage d’une équation de combustion, avancement de réaction
  • Variation d’enthalpie lors d’une réaction chimique ; enthalpie standard de réaction
  • Température de flamme lors de la combustion du propane
  • TP : Calorimétrie, détermination de la capacité thermique de l’eau par injection d’un travail électrique connu
Lundi 4 novembre
  • Expressions de C_p et C_v en fonction de \gamma
  • TD : Exercices 1, 2 et 4
Chapitre 4 : Second principe de la thermodynamique
Mardi 5 novembre
  • Irréversibilité de la flèche du temps
  • Entropie
  • Second principe : énoncé
  • Évolutions réversibles : définition, intérêt, égalité du second principe, causes d’irréversibilité
  • Bilans particuliers : système isolé et régime stationnaire
  • Différence entre égalité du premier principe et inégalité du second
Mercredi 6 novembre
  • DS n°2
Jeudi 7 novembre
  • Variation d’entropie d’un gaz parfait entre deux états ; identité thermodynamique
  • Transformation adiabatique réversible d’un gaz parfait : loi de Laplace
  • Loi de Laplace écrite en fonction de T et V, ou de P et T
  • TD : exercices 1 et 2
Chapitre 5 : Machines thermiques
Mardi 12 novembre
  • Correction du DS n°2
  • Machine thermique monotherme : radiateur
  • Classification des machines dithermes
  • Schéma de principe et fonctionnement général
  • Différence entre un réfrigérateur et une pompe à chaleur ; sources chaude et froide en fonction de la machine étudiée
  • Bilans énergétiques et entropiques lors d’un cycle
Jeudi 18 octobre
  • Énoncés historiques du second principe : énoncé de Clausius (la chaleur passe spontanément d’un corps chaud à un corps froid) et énoncé de Thomson (une machine fonctionnant de façon cyclique en contact avec un thermostat ne peut que recevoir du travail et fournir de la chaleur)
  • Cycle de Carnot : intérêt, efficacité maximale, transformations correspondantes
  • Représentation des transformations dans un diagramme thermodynamique
  • Type de machine thermique en fonction du sens de parcours du cycle
  • Efficacité des machines thermiques : définition, expression pour chaque type de machine thermique
  • TD : exercices 1 et 2