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REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’EDUCATION Physique 4ème année de l’enseign

REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’EDUCATION Physique 4ème année de l’enseignement secondaire Sciences techniques Abdelhamid BAATOUT Centre National Pédagogique Sous la direction de Evaluation Mise à jour et adaptation Mohamed OMMEZZINE Professeur universitaire M'hammed EL GHADHAB Inspecteur E. P. L. Abdelhamid BAATOUT Inspecteur G. E Taoufik BACCARI Inspecteur G. E.. Mohamed Arbi BEN DAAMAR Inspecteur E. P. L Abdelaziz DHAOUADI Professeur principal Abdessattar HRICHI Inspecteur E. P. L Mouldi TAALOUCHE Inspecteur E. P. L. Ardhaoui KOUAS Inspecteur E. P. L. Abdessattar HRICHI Inspecteur E. P. L. Ali Soltani Inspecteur E. P. L. Evaluation de la mise à jour et de l'adaptation Rachid Dridi Inspecteur E. P. L. Taoufik Rwabeh Inspecteur E. P. L. Equipe de rédaction © Tous droits réservés au Centre National Pédagogique. 3 AVANT PROPOS Cet ouvrage de physique est conforme au programme officiel de 4ème année Sciences tech- niques, publié en Septembre 2009. Avec un découpage en neuf chapitres développant les trois thèmes du programme (Evolution de systèmes - Filtres électriques - Ondes mécaniques), ce manuel a été conçu pour être élaboré avec une approche centrée sur l'élève afin que celui-ci s'y retrouve et puis- se en tirer le maximum de profit dans sa préparation à l'examen de baccalauréat, à côté de ce qu'il réalise avec ses pairs et son professeur en classe. Effectivement, les différents contenus sont construits dans l'esprit de permettre à l'élève une exploitation optimale du livre, que ce soit avant la classe pour essayer de faire tout seul son cours ou après dans le but de consolider ses acquis. Dans cette perspective, les 9 chapitres du livre sont présentés avec une logique visant la stimulation de la motivation de l'élève et facilitant son implication dans la construction de nouvelles connaissances. Avec les objectifs fixés et le prérequis précisé en début du chapitre, des questionnements tirés du vécu quoti- dien sont cités pour donner du sens à l'étude proposée. Après position du problème, un ensemble d'activités proposées le plus souvent sous forme d'une manipulation réalisable dans une séance de classe (cours ou travaux pratiques) est suivi de questions posées sur les observations et les constatations indiquées, sur les mesures faites, voire sur leur exploi- tation graphique ou analytique afin d'entraîner l'apprenant à la pratique de la démarche scientifique expérimentale. Outre les conclusions, les analyses et les interprétations théoriques, développées par les auteurs, viennent pour rassurer l'apprenant et l'aider à s'auto-évaluer. Les connaissances fondamentales construites par le traitement du chapitre sont reformulées dans une rubrique intitulée ''L'essentiel'' et insérée à la fin du cours. Un ensemble de questions de contrôle rapi- de des acquis, d'exercices d'application et de synthèse dont les réponses figurent en fin d'ou- vrage est précédé d'un exercice entièrement résolu, présenté comme un autre support d'ai- de à l'auto-évaluation. En fin de chapitre, sont proposées une fiche technique comme com- plément facilitateur de l'étude ou une rubrique intitulée ''En savoir plus'' dont le contenu est un sujet de lecture qui peut servir à un certain approfondissement des connaissances du lec- teur et à l'éclairer davantage sur leur importance dans la compréhension du monde physique moderne. Enfin, nous espérons que cet ouvrage aura le mérite, comme nous avons souhaité lors de sa rédaction, d'être un support clair, pratique et attrayant pour son premier public qui sont les élèves de terminale et tous ceux qui penseront à y recourir. Les auteurs 4 SOMMAIRE ÉVOLUTION DE SYSTÈMES ÉLECTRIQUES ÉVOLUTION D’UN SYSTÈME MÉCANIQUE Même les gros transforma- teurs utilisent des bobines Pourquoi, les transformateurs ne peuvent pas être utilisés en courant continu ? Comment fonctionnent les ralentisseurs électromagnétiques des véhicules “poids lourd” ? 45 LA BOBINE LE DIPÔLE RL 2 2 LE CONDENSATEUR LE DIPÔLE RC Le condensateur est un composant électrique connu comme un réservoir d'énergie. De quelle forme d'énergie s'agit-il et qu'est-ce qui confère au condensateur cette propriété ? Quel est le principe de fonctionnement du flash d'un appareil photo ? 11 L’éclair lumineux de trés forte intensité d’une lampe flasch d’un appareil photo se produit grâce à un condensateur. 1 1 Le quartz impose sa fréquence propre aux oscillations; une montre électronique y gagne en précision Que désigne-t-on par les expressions “oscillations électriques”, “ oscillateur électrique”, “circuit oscillant”...? Est-ce que le courant alternatif est un phénomène oscillatoire ? 83 OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES LIBRES 3 3 169 - Pourquoi ces formes particulières des instruments de musique comme le violon, le violoncelle, le contre basse, la clarinette … ? - Dans certaines voitures, on entend parfois des bruits inconfortables de la carrosserie. A quoi sont - ils dus et pourquoi à des vitesses bien déterminées et non pas à d'autres ? - Pourquoi a - t - on interdit à un régiment de soldats de traverser un pont (même non suspendu) au pas cadencé ? OSCILLATIONS FORCÉES D’UN PENDULE ÉLASTIQUE EN RÉGIME SINUSOÏDAL 6 6 Les marées sont des oscillations périodiques. À quoi sont-elles dues et en quoi diffèrent-elles des tsunamis? Clarinettes “graves” offrant une musique très impressionnante Le violoniste fait vibrer les cordes de son instru- ment en les frottant avec l’archet pour produire un son avec des notes plus ou moins hautes. La guitare électrique est munie d'une cais- se creuse à laquelle sont adjoints des microphones électromagnétiques. Grâce à la résonance électrique, le son amplifié prime sur la résonance naturelle de la caisse. En quoi consiste la recherche manuelle ou automatique d’une chaîne radio ou d’un canal de télévision? Que veut-on dire par “ résonance électrique” dont les applications sont trés nombreuses ? 115 OSCILLATIONS FORCÉES EN RÉGIME SINUSOÏDAL 4 4 146 En évitant le balancement des anneaux, le gymnaste démontre tant sa force que son équilibre. Les geysers, le coeur humain et le balancier d’une hor- loge sont, entre beaucoup d’autres exemples, des systè- mes oscillants. Pourquoi ? Quelle est l’origine du ronflement continu que l’on entend souvent à proximité de fils électriques ou télépho- niques aériens ? A quoi est due la catastrophe naturelle connue sous le nom de tsunami ? OSCILLATIONS LIBRES D’UN PENDULE ÉLASTIQUE 5 5 Avec son amortissur à ressort, le VTT (Vélo Tout Terrain) TS (Tout Suspendu) donne au cycliste un confort d’utilisa- tion supérieur dans une compétition de descente d’une montagne. 11 43 77 105 131 153 5 203 EXEMPLES DE FILTRES ELECTRIQUES Les filtres sont indissociables de l'acoustique, de la radiophonie et de plusieurs autres domaines. Les filtres sont utilisés dans la conception des chaines Hifi, des émetteurs, des récepteurs et des tables de mixage, etc. Dans le domaine des asservissements les filtres utilisés sont appelés des correcteurs. Comment fonctionnent ces filtres en acoustique? 8 8 Un égaliseur (équaliseur en anglais) ou correcteur, est un outil utilisé aussi bien pour l'enregistrement sonore, le mixage ou la sonorisation, afin d'augmenter ou de diminuer le volume sonore de certaines bandes de fréquences d'un son. 241 ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES Les vagues constituent un exemple de propagation d’ondes dans un milieu élastique. D’où provient l’énergie des vagues ? Le déferlement des vagues correspond-il à un déplace- ment de matière ou d’énergie ? Nos oreilles perçoivent des sons. Qu'est-ce qui fait qu'ils nous parviennent et pourquoi les sons émis etceux qu'on perçoit sont les mêmes ? 9 9 191 229 185 LES FILTRES ELECTRIQUES Dans une enceinte acoustique, les filtres électriques permettent d'appliquer sur chaque haut- parleur, de l'enceinte, la plage de fréquences qui lui correspond. D’où provient l’énergie des vagues ? Le déferlement des vagues correspond-il à un déplacement de matière ou d’énergie ? Nos oreilles perçoivent des sons. Qu'est-ce qui fait qu'ils nous parviennent et pourquoi les sons émis etceux qu'on perçoit sont les mêmes ? 7 7 173 FILTRES ÉLECTRIQUES ONDES MÉCANIQUES 6 STRUCTURE DU LIVRE Présentation d’un thème du livre Présentation d’un chapitre du thème Intitulé du thème à étudier Photographies illustrant le thème Chapitres constituant le thème Connaissances procédurales (capacités d’utiliser des connaissances déclarati- ves dans des situations particulières du domaine théorique et du domaine expé- rimental) 1 Sous chaque touche de certains claviers se trouve un condensateur dont la capacité varie lors de la frappe. La variation des grandeurs électriques qui en découle est détectée par une puce. Pour l’emission et la récep- tion radio, on utilise des cir- cuits électriques oscillants. ÉVOLUTION DE SYSTÈMES Grâce à une bobine inductive, on peut amplifier le volume sonore d’un combiné téléphonique 1 La plupart des instruments de musique tirent parti du phéno- mène de résonance qui est recherché dans leur conception afin d’émettre le son le plus puissant. SOMMAIRE I- Evolution de systèmes électriques 1- Le condensateur ; le dipôle RC 2- La bobine ; le dipôle RL 3- Oscillations électriques libres 4- Oscillations électriques forcées en régime sinusoïdal II- Evolution d’un système mécanique : Le pendule élastique 1- Oscillations libres d'un pendule élastique 2- Oscillations forcées d'un pendule élastique en régime sinusoïdal La conception d’une balançoi- re utilise les manifestations impressionnantes de la réso- nance mécanique. ÉVOLUTION DE SYSTÈMES 10 Définir uploads/Litterature/ 4tech-pdf.pdf