L ‘essentiel physique seconde

1. L’ECHELLE DES LONGUEURS DE L’UNIVERS

2 LUMIERE ET MESURES DE DISTANCES

3 DISPERSION ET REFRACTION DE LA LUMIERE

4  LES SPECTRES LUMINEUX

5 MOUVEMENTS ET FORCES

6 LA GRAVITATION UNIVERSELLE

7 LE TEMPS ET SA MESURE

8 L’ETAT GAZEUX

9 LE MODELE DU GAZ PARFAIT

Chapitre 1 :L’ECHELLE DES LONGUEURS DE L’UNIVERS

Préfixes à connaître

préfixe	giga(G)	méga (M)	kilo(k)	hecto(h)	déca(da)	déci(d)	centi (c)	milli(m)	micro(m)	nano(n)	pico(p)
puissance de 10 correspondantes	10^9	10^6	10^3	10^2	10	10^-1	10^-2	10^-3	10^-6	10^-9	10^-12

L’écriture scientifique :vidéo La notation scientifique est l’écriture d’un nombre sous la forme du produit : a.10ⁿ avec a : nombre décimal 1£ a < 10 et n, entier positif ou négatif.

Les puissances de 10 

Formules	Exemples
10^ax10^b = 10^a+b	10^2x10^3 = 10^2+3 = 10^5
10^-a = 1/10^a	10^-4 = 1/10^4
10^a/10^b = 10^a-b	10^2/10^3 = 10^-1
(10^m)^a = 10^axb	(10^2)^3 = 10^2x3 = 10^6

Ordre de grandeur : vidéo L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre. Deux longueurs seront du même ordre de grandeur si le quotient de l’ordre de grandeur de la plus grande par la plus petite est compris entre 1 et 10.

Unité de longueur : L’unité de longueur dans le système international (SI) est le mètre (m).

Chapitre 2 :LUMIERE ET MESURES DE DISTANCES

vitesse moyenne vidéo La vitesse moyenne d’objet est égale au rapport de la distance ‘d’(m) parcourue, sur la durée du parcourt (s)

L’unité légale de vitesse est le m/s = m.s^-1

Propagation de la lumière : La lumière se propage dans le vide et dans tous les milieux transparents et homogènes en ligne droite.

Vitesse de la lumière : La première mesure a été effectuée par l’astronome danois ROMER en 1676 à l’observatoire de Paris. C’est une vitesse limite. La vitesse de propagation de la lumière dans le vide, appelée aussi célérité de la lumière vaut : c = 3,00.10⁸ m.s^-1

L’année de lumière : vidéo L’année de lumière (a.l.) est la distance parcourue par un signal lumineux, dans le vide, pendant une année. L’année de lumière est une unité de longueur : 1a.l. » 10¹³ km

Voir loin, c’est voir dans le passé :Plus nous observons loin dans l’espace et plus nous regardons dans le passé.

Mesures directes : On peut mesurer des longueurs directement avec un mètre, une règle, un pied à coulisse ou un palmer. L’appareil de mesure doit être adapté à la mesure à réaliser.

Ces instruments mesurent des longueurs d’ordre de grandeur compris entre 10²m et 10^-4m. Il faut utiliser des méthodes de mesure à distance pour les plus grandes longueurs.

Chiffres significatifs : vidéo Dans l’écriture d’un nombre sous sa forme a.10ⁿ, les chiffres utilisés pour écrire le décimal a sont appelés chiffres significatifs. Le zéro est significatif quand il est placé entre deux chiffres ou à la fin d’un nombre. Le nombre de chiffres significatifs d’une valeur indique la précision de sa mesure. Lorsqu’une grandeur est obtenue à partir d’une multiplication ou d’une division de deux autres grandeurs, celle-ci ne doit pas comporter plus de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins.

Méthode de la visée : vidéo Viser, c’est aligner plusieurs repères avec son œil. En physique, l’intérêt de la visée est d’aligner plusieurs points afin de construire une figure géométrique constituée de droites. Cette figure permet, souvent grâce au théorème de Thalès, d’évaluer des distances ou des angles.

Théorème de Thalès : Si les points A,N,C et A,M,N sont alignés dans cet ordre et si les droites (BC) et (MN) sont parallèles, alors AM/AB = AN/AC = MN/BC

Méthode de l’ombre portée : vidéo Lorsqu’une source lumineuse (comme le Soleil) est très lointaine, les rayons qui en sont issus nous parviennent parallèles.

Méthode de la parallaxe : Le phénomène de parallaxe se manifeste quand on vise un objet ponctuel depuis deux endroits différents. La parallaxe est l’angle p entre les deux directions de visée du point qui représente l’objet. exemple

Mesures d’angles : La mesure d’un angle permet souvent de calculer une longueur connaissant d’autres données. Le diamètre apparent d’un objet est l’angle sous lequel un observateur voit l’objet. vidéo

Mesures de durées : vidéo. T est la durée que met un signal sonore ou lumineux, se propageant à la vitesse V, pour faire l’aller retour entre une source et un objet dont on veut mesurer l’éloignement alors la distance D entre l’objet et la source est : D= V.T/2

Chapitre 3 : DISPERSION ET REFRACTION DE LA LUMIERE

Le prisme  le prisme est un système optique, taillé dans un milieu transparent comme le verre ou le plexiglas, constitué de 3 faces planes rectangulaires et de deux faces planes triangulaires. On le représente par un triangle.

Décomposition de la lumière blanche par un prisme : Expérience de Newton (Terminale S) Le phénomène de décomposition de la lumière s’appelle la DISPERSION. La figure obtenue s’appelle le spectre lumineux de la lumière blanche. La lumière blanche est composée de plusieurs radiations monochromatiques. C’est une lumière polychromatique.

Le laser : le laser est une source de lumière monochromatique c’est-à-dire composée d’une seule radiation.

Longueur d’onde : A Chaque radiation est associée, dans l’air ou dans le vide, une grandeur appelée : longueur d’onde est notéel. Elle s’exprime en mètre ou plus souvent en nanomètre (nm). L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400nm et 800nm.

La réfraction : On appelle REFRACTION de la lumière, le changement de direction que la lumière subit lorsqu’elle traverse la surface séparant deux milieux transparents différents, appelé dioptre.

Les lois de Descartes :

Première loi : Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.

Deuxième loi : On a montré en TP que le sinus de l’angle de réfraction est proportionnel au sinus de l’angle d’incidence. Cette relation de proportionnalité se généralise par la loi suivante :

n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂ n₁ : indice de réfraction du premier milieu

n₂ : indice de réfraction du second milieu

Indice de réfraction : Chaque milieu transparent est caractérisé par son indice de réfraction n, nombre sans unité, égal ou supérieur à 1, tel que : n = c/v.

Chapitre 4 : LES SPECTRES LUMINEUX

Spectres d'émission : Un spectre d’émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source (lampe à incandescence, corps chauffé, lampe à vapeur de sodium…)

Spectre continu d’émission de la lumière blanche : Fortement chauffé, un corps émet un rayonnement d’origine thermique dont le spectre est continu. L’allure du spectre dépend de la température du corps. Plus la température est élevée, plus le rayonnement s’enrichit en radiations de courtes longueurs d’onde c'est à dire violet. Le spectre se prolonge au-delà du spectre visible, dans le domaine de l’infrarouge et de l’ultraviolet.

Spectre de raies d'émission: Les gaz portés à haute température émettent une lumière dont le spectre est discontinu : c’est un spectre

de raies d’émission, constitué de raies colorées sur fond noir.

Spectres d’absorption : Un spectre d’absorption est obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance. Lorsqu’un gaz à basse température est traversé par de la lumière blanche, le spectre de la lumière obtenue est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche : c’est un spectre de raies d’absorption. Le gaz absorbe les radiations qu’il serait capable d’émettre s’il était chaud. Pour un même élément, les raies d’émission (dans le spectre d’émission) et d’absorption (dans le spectre d’absorption) ont les mêmes longueurs d’onde.

Spectre de bandes d'absorption d’une solution colorée : Lorsqu’une solution colorée est traversée par de la lumière blanche, le spectre de la lumière obtenue présente des bandes noires sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche : c’est un spectre de bandes d’absorption. Ce spectre est caractéristique de la substance dissoute

Chapitre 5 : MOUVEMENTS ET FORCES

Système étudié : Pour étudier un mouvement, il est nécessaire de préciser le système considéré, c’est-à-dire le corps ou le point choisi pour l’étude.

Lorsque le système est étendu (ex : voiture, bus…) l’étude de son mouvement peut-être complexe, on étudie alors le mouvement d’un point particulier (en général son centre de gravité).

Référentiel : Vidéo Un référentiel est constitué : d’un objet de référence par rapport auquel on repère les positions du système, d’une horloge permettant un repérage des dates.

Les référentiels terrestres : il est constitué à partir de n’importe quel objet de référence lié à la Terre et fixe par rapport à celle-ci. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements sur la Terre. (ex : salle de classe, laboratoire de physique, table immobile….).

Le référentiel géocentrique : il est constitué par le centre de la Terre. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements de la lune ou de satellites artificiels.

Le référentiel héliocentrique : il est constitué par le centre du Soleil. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements des planètes.

Relativité du mouvement Le mouvement d’un objet est relatif à un référentiel

Trajectoire d’un point d’un système : Vidéo On appelle trajectoire d’un point de l’objet, l’ensemble des positions successives que ce point occupe au cours du mouvement. La trajectoire dépend du référentiel choisi.

Vitesse moyenne ; Vidéo : La vitesse moyenne est égale au quotient de la distance parcourue par le mobile par la durée de déplacement. V_moy = d / t

La vitesse instantanée d’un mobile est sa vitesse à l’instant où on l’observe. La vitesse d’un point dépend du référentiel dans lequel son mouvement est étudié.

Mouvement rectiligne : Si la trajectoire est une droite, le mouvement est rectiligne. Si la vitesse ne varie pas le mouvement est uniforme. Si la vitesse augmente, le mouvement est accéléré, si elle diminue il est ralentit.

Mouvement circulaire : Si la trajectoire est un cercle, le mouvement est circulaire.

Modélisation d’une action par une force : Vidéo Une action mécanique est modélisée en physique par une force. La force subit par un système de la part d’un autre est représentée par un vecteur.

Les caractéristiques du vecteur force sont : son point d’application, sa direction, son sens et sa valeur qui s’exprime en Newton (N). On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.

Effets d’une force sur le mouvement : Modification de la valeur de la vitesse : Modification de la direction du mouvement :

Influence de la masse du corps : L’effet d’une force sur le mouvement d’un système dépend de la masse du système. Plus la masse est faible, plus l’effet de la force est important.

Le principe d’inertie : Dans un référentiel terrestre, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent. Un corps soumis à des forces qui se compensent et un corps qui n’est soumis à aucune force ont le même comportement.

Chapitre 6 : LA GRAVITATION UNIVERSELLE

Loi de gravitation pour deux corps ponctuels : Vidéo Deux corps ponctuels de masses m et m’ exercent l’un sur l’autre des forces attractives de même valeurµ. La valeur de ces 2 forces est:

G =6,67.10^-11 N.kg^-2.m² : constante de gravitation

d : distance séparant les masses m et m’

F en Newton ; m en kg ; d en m

poids d’un corps : Vidéo Le poids d’un objet peut être identifié à la force gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet : P = F

Le poids P est égal au produit de sa masse m par le champ de pesanteur g = 9 ,8 N.kg^-1.

Forces exercées sur un projectile dans l’air : Un projectile est un corps lancé dans l’air au voisinage de la Terre. Dans l’air, un corps est soumis à son poids et à la force exercée par l’air sur le projectile. Si on néglige cette force de frottement alors le corps est en chute libre. Le principe d’inertie permet de conclure que le mouvement du centre du projectile n’est pas rectiligne uniforme puisqu’il n’est soumis qu’à une seule force.

Influence de la vitesse de lancement : Lorsqu'on lance un objet placé au voisinage de la Terre avec une vitesse V_o, le mouvement de cet objet est parabolique.

Satellisation : Lorsque qu'on lance un objet d'un point proche de la Terre avec une vitesse de direction tangente à la surface terrestre, plusieurs cas sont possibles.1: Vitesse initiale nulle: chute verticale.2. Vitesse initiale trop faible.3. Satellisation: V_o est appelée première vitesse cosmique. 4. V_o>11,2km.s^-1 (vitesse de libération). Le corps échappe à l'attraction terrestre.
Mouvement de la lune autour de la terre : Dans le référentiel géocentrique, la Lune possède un mouvement circulaire uniforme. C’est parce qu’elle possède une vitesse suffisante que la Lune soumise à l’attraction gravitationnelle exercée par la Terre, qui la ramène continuellement vers elle, reste en orbite.

Chapitre 7 : LE TEMPS ET SA MESURE

I) Les phénomènes périodiques :

Le temps est une grandeur physique. Son unité légale est la seconde, symbole ‘s’.

Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

Exemples : Rotation de la Lune autour de la Terre,

La période d’un phénomène périodique est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le phénomène se reproduit identique à lui-même. On la note T et s’exprime en secondes (s).

La fréquence d’un phénomène périodique correspond au nombre de fois que le phénomène se répète par seconde. On la note f et s’exprime en Hertz (Hz). Elle est égale à l’inverse de la période :

f = 1/T

II) LES PHENOMENES ASTRONOMIQUES PERIODIQUES :

Jour solaire : Le jour solaire est la durée entre deux levers consécutifs du Soleil en un lieu donné. Par convention : 1 jour = 24 heures = 86400 secondes

Phases de la Lune :Pour un observateur terrestre, la période de rotation de la Lune autour de la Terre est de 29,5 jours.

Saisons :La période de rotation de la Terre autour du Soleil est de 365,25 jours. La saison dépend de la position de la Terre par rapport au Soleil. En hiver, à midi l’angle entre les rayons du soleil et le zénith est important (le soleil est ‘’ bas dans le ciel ‘’), il fait froid. Par contre ,en été, cet angle est faible il fait chaud !

III) DISPOSITIFS CONSTRUITS PAR L’HOMME  :

Le cadran solaire ; Sablier, Les horloges

Chapitre 8 : L’ETAT GAZEUX

I. DESCRIPTION D’UN GAZ

A l’échelle microscopique Un gaz est constitué d’un ensemble de molécules, assez éloignées les unes des autres, en agitation permanente et désordonnée.

A l’échelle macroscopique On utilise alors, pour décrire l’état d’un gaz, des grandeurs macroscopiques, facilement accessibles à la mesure : la pression P, la température T, le volume V et la quantité de matière de gaz n. Ces grandeurs qui permettent de décrire l’état d’un gaz sont appelées : variables d’état.

II. NOTION DE PRESSION :

Une surface en contact avec un gaz est soumise à un très grand nombre de chocs des molécules de gaz (aspect microscopique). Il en résulte, sur cette surface, une force appelée force pressante (aspect macroscopique).

Soit F la valeur de la force pressante s’exerçant sur une surface plane d’aire S. La pression résultant de cette force est égale au rapport de la force F sur la surface S.

unités : P en pascal (Pa) ; F en Newton (N) ; S en mètre carré (m²).

La force pressante est orthogonale à la surface sur laquelle elle s’exerce. Autres unités : 1 bar = 10⁵ Pa (industrie) ; 1 hPa = 100 Pa (météorologie) ; 1 atm = 1,013.10⁵ Pa ; Millimètre de mercure (mm Hg) : 760 mm Hg = 1 atm

La pression atmosphérique est la pression exercée par l’air qui nous entoure. Au niveau du sol P_at = 1 bar et elle diminue avec l’altitude.Mesure de la pression d’un gaz : Elle se mesure avec un manomètre. Les baromètres mesurent la pression atmosphérique.

III. TEMPERATURE ET AGITATION THERMIQUE :

La température d’un corps, à l’état solide, liquide ou gazeux, est liée à l’agitation des molécules qui le constituent. Plus les molécules sont agitées et plus la température est élevée.

La température se mesure avec un thermomètre. L’échelle légale de température est l’échelle de température absolue dont l’unité est le Kelvin (K).

Une échelle très utilisée est l’échelle Celsius dont l’unité est le degré Celsius (°C).

La température absolue, notée T et la température Celsius notée θ sont liées par la relation : T(K) = θ(°C) + 273,15

En l’absence de toute agitation thermique, la température absolue T est égale à 0K : c’est le zéro absolu. Il n’existe pas de température inférieure à 0K.

Chapitre 9 :LE MODELE DU GAZ PARFAIT

I) LA LOI DE BOYLE-MARIOTTE :

A température constante, pour une quantité donnée de gaz, le produit de la pression P par le volume V occupé par le gaz est constant : P.V = constante

II) LA LOI DU GAZ PARFAIT :

Le gaz parfait est un modèle simplifié des gaz. Dans ce modèle on suppose que toutes les interactions entre les molécules sont négligeables (à l’exception des chocs).

Equation d’état du gaz parfait :

On montre que les quatre variables d’état sont liées par une relation appelée : P.V = n.R.T

P en pascal (Pa) ;V en mètre cube (m³) ; T en Kelvin (K) ; n en mole (mol); R est la constante des gaz parfaits (R=8,32 SI).

Jusqu’à une pression de quelques bars, les gaz courants (He, H_é, O₂, CO₂…) peuvent être considérés comme parfaits ainsi que l’air.

Volume molaire d’un gaz : Le volume molaire d’un gaz, noté V_m, est le volume occupé par une mole de ce gaz.

Ce volume dépend de la température, de la pression et est indépendant de la nature du gaz.

Dans les conditions normales de température et de pression : T = 273K et P = 1,013.10⁵ Pa

La plupart des gaz, sous faible pression, se comportent en gaz parfait : leur volume molaire est égale à celui du gaz parfait. Ce résultat est connu sous le nom de loi d’Avogadro-Ampère.