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Visiter notre page : Visiter notre Forum : http://prepa-book.forummaroc.net/ https://www.facebook.com/bibliotheque.electronique.des.classes.prepa https://www.facebook.com/groups/bibliotheque.electronique.des.classes.prepa/ Correspondance entre fréquence, longueur d’onde dans le vide et couleur pour les ondes lumineuses Le système légal (système international S.I.) Grandeur mesurée Nom de l’unité Abréviation Relations avec d’autres unités longueur mètre m aire mètre carré m2 volume mètre cube m3 temps seconde s fréquence hertz Hz 1 Hz = 1 s–1 vitesse mètre par seconde m.s–1 accélération mètre par seconde au carré m.s–2 angle radian rad vitesse angulaire radian par seconde rad.s–1 masse kilogramme kg masse volumique kilogramme par mètre cube kg.m–3 force newton N 1 N = 1 kg.m.s–2 travail énergie joule J 1 J = 1 N.m = 1 kg.m2.s–2 puissance watt W 1 W = 1 J.s-1 = 1 kg.m2.s–3 intensité électrique ampère A charge électrique coulomb C 1 C = 1 A.s potentiel électrique tension volt V 1 V = 1 J.C–1 résistance électrique ohm 1 = 1 V.A–1 capacité farad F 1 F = 1 C.V–1 inductance henry H 1 H = 1 J.A–1 champ magnétique tesla T 1 T = 1 N.A–1.m–1 = 1 kg.s–2.A–1 température kelvin K pression pascal Pa 1 Pa = 1 N.m–2 = 1 kg.m–1.s–2 quantité de matière mole mol U.V. I.R. 10 l (nm) Fréquence × 1014 Hz 400 420 450 530 580 620 700 800 103 7,5 300 7,1 6,7 5,7 5,2 4,8 4,3 3,7 3.10–9 MPSI-PCSI-PTSI MPSI-PCSI-PTSI Physique Marc MÉNÉTRIER Professeur en classes préparatoires au lycée Thiers à Marseille Philippe GIRIN Professeur au lycée Thiers à Marseille Hervé IDDA Professeur en classes préparatoires au lycée Paul-Cézanne à Aix-en-Provence Michel FANGUET Professeur au lycée Jean-Lurçat à Martigues Maquette de couverture : Alain Vambacas. Maquette intérieure : MO Design. Composition et mise en page : Laser Graphie. Photographies : Alain Béguerie (p. 142). © HACHETTE Livre 2003, 43 quai de Grenelle, 75905 Paris Cedex 15. www.hachette-education.com Tous droits de traduction, de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays. Le Code de la propriété intellectuelle n’autorisant, aux termes des articles L. 122-4 et L. 122-5 d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non desti- nées à une utilisation collective », et, d’autre part, que « les analyses et les courtes citations » dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite ». Cette représentation ou reproduction par quelque procédé que ce soit, sans autorisation de l’éditeur ou du Centre français de l’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal. ISBN 978-2-01-181571-2 3 Vous venez d’obtenir le bac et vous vous destinez à des études scientifiques. Cet ouvrage ne ressemble pas à vos manuels de lycée, ni à ceux que vous utiliserez par la suite. Son objectif est double : assurer les bases qui vous permettront de profiter au mieux de l’enseignement que vous allez suivre et vous familiariser avec les problèmes que vous allez aborder et avec les méthodes que vous allez devoir acquérir. Notre expérience d’enseignants, tant au lycée qu’en classes préparatoires, nous a permis de répertorier les principales difficultés sur lesquelles un grand nombre d’étudiants débutants achoppent. Nous y avons porté une attention particulière : il est important d’avoir des idées claires sur les bases d’une discipline avant d’en aborder les aspects plus complexes. Chaque chapitre est découpé en trois parties : Q Un rappel des connaissances essentielles acquises au cours de vos études secondaires, intitulé « Ce qu’il faut savoir ». Il se peut que vous soyez parfois surpris par la forme de ces rappels. Ainsi, avons-nous utilisé la classification des disciplines qui sera celle que vous retrouverez par la suite. De plus, nous avons fortement insisté sur des points qui ont pu vous paraître secondaires jusqu’ici. Si vous les lisez attentivement, vous vous rendrez compte que ce sont effectivement des rappels. L’index placé à la fin de l’ouvrage vous permettra de retrouver rapidement le détail qui vous aurait échappé. Q Une première série d’exercices, intitulée « Pour faire le point ». Ces exercices devraient pouvoir être résolus sans grande difficulté par un élève qui a correcte- ment assimilé la physique enseignée au lycée. Ils vous permettront de tester vos connaissances de base. Q Une deuxième série d’exercices, intitulée « Pour aller plus loin ». Bien qu’ils n’utilisent que les connaissances vues au lycée, ces exercices constituent une initia- tion aux méthodes que vous allez devoir utiliser dans l’enseignement supérieur. Ils demandent en général une plus grande rigueur dans l’analyse du système étudié, une plus grande maîtrise des concepts, et parfois une bonne habileté dans les calculs. Il est normal que vous n’arriviez pas à les résoudre tous sans effort ! En vous y « frottant » et en étudiant les solutions, vous vous familiariserez avec les exercices qui vous seront proposés par la suite. Les énoncés sont en général suivis de « Conseils ». Commencez par essayer de résoudre le plus de questions possibles sans regarder les conseils. Ensuite, vous pouvez utiliser ces conseils. Et enfin, si vous ne trouvez toujours pas, regardez la solution. L’essentiel n’est pas la solution elle- même, mais les méthodes qui ont permis d’y parvenir. Lisez donc très attentivement les solutions et les remarques qui les complètent : il vaut mieux faire peu d’exercices bien compris que d’en survoler beaucoup. Il ne nous reste qu’à vous féliciter de votre choix pour des études scientifiques et à vous souhaiter de les mener avec succès. Les auteurs Avant-propos 5 1. Cinématique........................................................................................................ 6 2. Forces .................................................................................................................. 20 3. Étude dynamique du mouvement d’un solide ..................................................... 35 4. Systèmes mécaniques oscillants............................................................................ 53 5. Travail et énergie mécanique................................................................................ 70 6. Thermodynamique.............................................................................................. 88 7. Circuits électriques en courant continu................................................................ 105 8. Circuits électriques en régime variable................................................................. 122 9. Champ magnétique............................................................................................. 141 10. Ondes mécaniques progressives ........................................................................... 152 11. Optique géométrique........................................................................................... 164 12. La lumière ........................................................................................................... 182 j Annexes 1. Grandeurs physiques et dimensions........................................................................ 189 2. Écriture d’un résultat numérique............................................................................ 190 3. Équations différentielles du premier ordre ............................................................. 191 Index .......................................................................................................................... 192 j En couverture Verso de la couverture : Correspondance entre fréquence, longueur d’onde dans le vide et couleur pour les ondes lumineuses ; le système légal (système international S.I.). Dernière page : Valeurs de quelques constantes de la Physique ; valeurs approchées et ordres de grandeurs. Sommaire © Hachette Livre – H Prépa édition spéciale – Physique – La photocopie non autorisée est un délit. Ce qu’il faut savoir… La cinématique est la description du mouvement sans se préoccuper de ses causes ou de ses effets. 1. Référentiel et mouvement j Définitions • Un objet peut être immobile pour un observateur et en mouvement pour un autre observateur : la notion de mouvement est relative. • Un référentiel est un solide de référence qui reste immobile pour un observateur donné. Un point mobile passe successivement par différents points qui constituent une ligne appelée trajectoire. Cette trajectoire dépend du référentiel choisi. Voir exercice n° 7 j Exemple Observons le mouvement d’une bille lâchée par le passager d’un véhi- cule (doc. 1). 6 1 2 véhicule à l'instant t2 1 véhicule à l'instant t1 Doc. 1 • Les parois du véhicule constituent un référentiel pour le passager, que nous notons 1. La bille lâchée par le passager décrit dans 1 une trajectoire verticale. En toute rigueur, il faudrait parler de la trajectoire du centre de la bille. • La route et les arbres constituent un référentiel pour l’auto-stoppeur, que nous notons 2. La bille lâchée par le passager décrit dans 2 une trajectoire courbe. Les notions de force ou d’énergie n’interviennent pas dans une étude cinématique. Lorsque l’on décrit un mouvement, il faut toujours préciser le référentiel, c’est-à-dire l’observateur dont on adopte le point de vue. Cinématique 1 © Hachette Livre – H Prépa édition spéciale – Physique – La photocopie non autorisée est un délit. 2. Vitesse et vecteur vitesse Un point mobile M se déplace sur une trajectoire du référentiel . Entre les dates t1 et t2, il passe de la position M1 à la position M2 en parcourant une distance L12 mesurée le long de la trajectoire. • Sa vitesse moyenne vm dans le référentiel entre les instants t1 et t2 est : vm = . • Sa vitesse instantanée à la date t1 dans le référentiel est : v(t1) = lim t2 →t1 ou encore v(t1) =M Nt = t 1 . • O étant un point fixe de (par exemple l’origine des coordonnées), le vecteur vitesse dans le référentiel du point M à la date t est la dérivée par rapport au temps du vecteur position I OM : e v = = lim 1t →0 . Le vecteur vitesse est tangent à la trajectoire (doc. 2). Il est dirigé selon le sens du mouvement. Sa norme est égale à la vitesse instantanée : e v = v. • (O ; uploads/s3/ h-prepa-edition-speciale-physique-mpsi-pcsi-ptsi-pdf.pdf