Cours de physique générale I Ph 11 17/09/2018 1 Physique I Cours de physique générale I Ph 11 http://jam.bouguechal.free.fr 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

17/09/2018 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I M. Bouguechal : Professeur de physique générale I et II, de structure de la matière ( Aéro-1) et thermodynamique ( Aéro-2 ). Professeur référent des Aéro-1. Responsable du laboratoire de physique. 17/09/2018 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Volume horaire : 24 heures Séances Cours : 24 heures 12 Travaux dirigés : 22 heures 11 Travaux pratiques : Compte rendu noté 6 h ( Word; Excel; Chocs) 3 Contrôles : 1 ou 2 devoirs surveillés de 2 heures, 1 examen partiel de 2 heures, comptes rendus de TP. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Chapitre un : Les grandeurs physiques et leur mesure Dimensions. Homogénéité Analyse dimensionnelle Unités et bref historique du S.I Le système international d’unités 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I 1. Dimensions. Homogénéité En physique, il existe des grandeurs fondamentales et des grandeurs dérivées. Les grandeurs fondamentales sont : Lesquelles ? 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

Physique I 1 Grandeurs fondamentales Leurs dimensions (symbole) 17/09/2018 1 Physique I Grandeurs fondamentales Leurs dimensions (symbole) La longueur L La masse M Le temps T L’intensité du courant I La température thermodynamique θ La quantité de matière N L’intensité lumineuse J 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Exemple 1 : l’intensité d’un courant électrique est donnée par : i = dq/dt où dq représente une quantité de charges et dt un intervalle de temps, donc dq = i dt  2 grandeurs fondamentales i et t . dq : est une grandeur dérivée 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Exemple 2 : la vitesse d’un mobile est donnée par : v = dl/dt où dl représente la distance parcourue et dt un intervalle de temps, 2 grandeurs fondamentales l et t v  : est une grandeur dérivée 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I 2. Analyse dimensionnelle La forme mathématique d’une loi physique peut être obtenue par des considérations d’homogénéité. Si deux grandeurs s'expriment dans la même unité, elles sont homogènes ou encore si deux grandeurs ont la même dimension elles sont alors homogènes. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Les grandeurs physiques qui interviennent dans une étude expérimentale d’un phénomène physique peuvent être groupées sous forme d’un monôme. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I un monôme est un polynôme dont un seul coefficient est non nul. Autrement dit, c'est un polynôme particulier qui s'exprime sous la forme d'un produit de variables X, Y… affecté d'un coefficient. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Donnez des exemples en physique ! 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Il suffit d’écrire alors que les deux membres de l’égalité obtenue sont homogènes (même dimension), pour trouver la forme de la loi. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I L’équation aux dimensions G = L M T… qui relie une grandeur dérivée G aux grandeurs fondamentales L M T… relie aussi l’unité dérivée g aux unités fondamentales l m t. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I La dimension est représentée par ce symbole : [ ] 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Exemple 3 : la force est donnée par la loi de Newton : F = m a ( loi de la dynamique ) [F] = [m][a] = M LT-2 = LMT-2 ( ordonner suivant L; M; T ……) c’est l’équation aux dimensions de F = ma avec [m] = M et [a] = L/T² = LT-2 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Exemple 4 : Dans un mouvement circulaire l’accélération centripète est donnée par : a = v²/R [a] = [v²]/[R] [a] = LT-2 [v²]= (LT-1)² = L²T-2 [R] = L [v²/R] = [v²]/[R] = L²T-2/L = LT-2 donc cette expression est homogène. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I A partir des grandeurs fondamentales qui sont L, M, T, I, , N et J on peut créer des grandeurs dérivées. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Certaines grandeurs n’ont pas de dimension; [ ] = 1; comme certaines constantes, attention pas toutes les constantes. Expliquez pourquoi, pas de dimension; [ ] = 1 ? 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I [] = 1 avec  = 3.14 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I G constante universelle de la gravitation Force de newton F : G ] = [F] [r2] /( [m] [m’] ) G ] = L3M-1T-2 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Toutes les fonctions mathématiques comme par exemple sin, cos, tan, exp, log ….. n’ont pas de dimension. [sin(x)] = 1 ; [cos(x)] = 1 ; …. ; Les arguments x des fonctions mathématiques comme sin(x), cos(x), tan(x), exp(x), log(x) ….. n’ont pas de dimension non plus. [x] = 1. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I u(t) =U0 exp(-t/RC) décharge d’un condensateur ;  exp(-t/RC) ] = 1 u ] = [U0]  et [t/RC] = 1 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I x = x0 cos(t + ) oscillation d’une masse ; cos(t + )] = 1 x ] = [x0]  et t + ] = [t] = [] = 1 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Attention : un angle n’a pas de dimension mais il a une unité, dans le système international : le radian. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I l R l = R θ θ Quelle relation y a-t-il entre ? l R θ 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I l = R θ  l ] =  R ]  θ ] L = L . 1 = L  θ ] = 1 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Grandeurs Dérivés Equation aux dimensions Noms (S.I.) Symbole Unités géométriques Superficie L² Mètre carré m² Volume L3 Mètre cube m3 Masse volumique L-3M Kilogramme par mètre cube kg.m-3 Angle plan 1 Radian rad Angle solide Sommet d’un cône stéradian sr Unité de masse Volume massique L3M-1 mètre cube par kilogramme m3.kg-2 Unités de temps Fréquence T-1 Hertz Hz 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unités mécaniques Vitesse LT-1 mètre par seconde m.s-1 Accélération LT-2 Mètre par seconde carré m.s-2 Force LMT-2 N Quantité de mouvement p = m v LMT-1 Kilogramme mètre par seconde kg.m.s-1 Moment d’une force (M = F.d) L²MT-2 Newton mètre N.m Moment d’inertie I = md² L²M Kilogramme mètre carré kg.m² Energie (EC = 1/2mv²) Joule J Puissance (P = E/t) L²MT-3 Watt W Pression (P = F/S) L-1MT-2 Pascal Pa 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unités calorifiques Quantité de chaleur Q = m c  (c chaleur massique) L²MT-2 joule J Chaleur massique c = Q/(m  ) L²T-2 -1 Joule par kilogramme par kelvin J.kg-1K-1 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Le moment d’une force (ou couple) et l’énergie ont la même dimension mais ils n’ont pas la même unité : N.m ( newton.mètre ) et J ( joule ) respectivement; il s’agit de deux grandeurs physiques qui représentent des phénomènes différents. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Grandeur Formule de définition dimension Unités S.I. Charge Q dQ = I dt TI Coulomb Densité superficielle de charge   = dQ/dS L-2TI Coulomb /m² (C/m²) Densité volumique de charge   = dQ/dV L-3TI Coulomb/m3 (C/m3) Densité linéique de charge   = dQ/dl L-1TI Coulomb/mètre (C/m) Champ électrique E F = qE  E = F/q LMT-3I-1 Volt/mètre (V.m-1) Potentiel V E = U/d U = Ed Cf ligne précédente L²MT-3I-1 V (Volt) Résistance R U = RI L²MT-3I-2 Ohm () Conductance G G= 1/R L-2M-1T3I² Siemens (S) Résistivité  R = l /s  = R s /l L3MT-3I-2 Ohm.m (.m) Capacité C Q = CU  C = Q/U L-2M-1T4I2 Farad (F) Inductance L e = -Ldi  dt f.e.m. (V) L²MT-2I-2 Henry (H) 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Pour déterminer la dimension d’une grandeur électrique, on peut faire intervenir les formules d’énergie ou puissance électrique d’une résistance, d’une bobine ou d’un condensateur. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Déterminer les dimensions des différentes grandeurs électriques en utilisant les formules d’énergie ou de puissance . 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Les constants de temps : [RC] [L/R] Déterminer la dimension de ces constantes ! Vous ne devez pas consulter le tableau !!! 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I 3. Unités et bref historique du S.I La création du Système métrique décimal au moment de la Révolution française et le dépôt qui en a résulté, le 22 juin 1799, de deux étalons en platine représentant le mètre et le kilogramme aux Archives de la République à Paris peuvent être considérés comme la première étape ayant conduit au Système international d'unités actuel. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de longueur : le mètre (m) Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde. Définition de la 17ème Conférence Générale des Poids et Mesures de 1983 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de masse : le kilogramme (kg) Le kilogramme est l’unité de masse. Il est égal à la masse du prototype international du kilogramme. Définition de la 1ère CGPM de 1889 et de la 3ème CGPM de 1901 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de temps : la seconde (s) La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133. Définition de la 13ème CGPM de 1967. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de courant électrique : l’ampère (A) L’ampère est l’intensité d’un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de un mètre l’un de l’autre dans le vide produirait entre ces conducteurs une force égale à 2.10-7 newton par mètre de longueur. Définition de CIPM en 1946 et approuvée par la 9ème CGPM de 1948. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de température thermodynamique : le Kelvin (K) Le Kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273.16 de la température thermodynamique du point triple de l’eau. Définition de la 13ème CGPM de 1967. Il est décidé également par la 13ème CGPM que l’unité Kelvin et son symbole K sont utilisés pour exprimer un intervalle ou une différence de température. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité de quantité de matière : la mole (mol) La mole est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0.012 kilogramme de carbone 12. Lorsque l’on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, d’autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules. Définition de la 14ème CGPM de 1971. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Unité d’intensité lumineuse : la candela La candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540.10-12 hertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian. Définition de la 16ème CGPM de 1979. 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I Physique I Fin de la leçon 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I

29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I 17/09/2018 1 Physique I 29/08/2011 IPSA M. Bouguechal 2011-2012 cours de Physique I