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COURS DE PHYSIQUE I UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE PREMIER BACH

COURS DE PHYSIQUE I UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE PREMIER BACHELIER INGENIEUR CIVIL Année académique 2014-2015 1 Jimmy KALENGA KAUNDE KASONGO DOCTEUR EN SCIENCES DE L’INGENIEUR / UMONS PROFESSEUR ASSOCIE / DPT MINES / POLYTECHNIQUE DIRECTEUR ADJOINT (D.A.) DE LA PREU-SCIENCES / UNILU COLLABORATEURS CT KAWEME LUNDE ASS. MASTER KANKE MWIMWENA ASS. GUSTAVE KALUMBU 08/05/2015 PHYSIQUE I 08/05/2015 2 INTRODUCTION  PHYSIQUE I  Identifiant: PHYS-001  50 h (TH) + 25h (TP) + 50h (TPE) = 125 heures  Nombre de crédits = 5 crédits « Le crédit c’est le volume horaire vu du point de vue du travail de l’étudiant et non de l’enseignant. Contrairement à la vision traditionnelle qui calculait les heures en se basant sur le temps que l’enseignant passe avec l’étudiant dans l’auditoire ou au labo, le crédit considère plutôt le temps que l’étudiant mobilise pour construire son savoir: en présence de l’enseignant, en bibliothèque ou sur terrain » 1 crédit équivaut entre 15 et 25h selon les systèmes LMD auxquels ont appartient (européen, africain, francophone, anglo-saxon) Dr Ir JKK3 PHYSIQUE I 08/05/2015 3 INTRODUCTION Méthodes d’enseignement et d’apprentissage : Le cours théorique est exposé ex cathedra en utilisant un vidéo projecteur. Les notes (syllabus) et les diapositives sont mises à la disposition des étudiants. Le cours théorique est accompagné des exercices d’application (dans l’auditoire). Les T.P.E comprennent : exercices d’application, les manipulations de laboratoire, l’ensemble des connaissances acquises seuls par l’étudiant pour constituer son savoir (bibliothèque, centres de recherches) PHYSIQUE I 08/05/2015 4 INTRODUCTION Méthodes d’évaluation :  Epreuve écrite : Questions théoriques et /ou exercices numériques avec ou sans notes  Epreuve pratique : Réalisation d’une manipulation au laboratoire - 3 interrogations écrites, 2 TP et 4TD - 4 Rapports pour 4 manipulations Pondération des évaluations : - Interrogations : 50% - TD et TP : 25% - Manipulations : 25% PHYSIQUE I 08/05/2015 5 INTRODUCTION Objectif général : Eveiller et/ou susciter la curiosité scientifique, pour que l’étudiant parvienne à la compréhension du monde qui l’entoure.  Objectifs spécifiques : A l’issue de ce cours l’étudiant doit être capable de : Identifier toutes les données en corrélation dans un problème physique, Mettre sous forme d’équation mathématique ce problème physique posé, Résoudre ce problème physique en tenant compte des conditions aux limites. PHYSIQUE I 08/05/2015 6 INTRODUCTION Finalité : Maitriser les principes généraux de la physique classique et moderne en vue de leurs applications aux différentes disciplines de l’ingénieur. Pré-requis : Ce cours nécessite une connaissance préalable de toutes les branches des mathématiques, dont le calcul vectoriel, d’algèbre linéaire et d’analyse infinitésimale.  Horaire: Mardi 14 à 16H; Vendredi 8 -10H  Attitude à tenir: régularité et ponctualité 08/05/2015 7 Introduction PHYSIQUE I Introduction But, domaine d’application de la physique Physique classique, physique moderne Notions, lois, principes et modèles en physique Eléments de base de la matière, interactions Mesure, analyse dimensionnelle, unités et systèmes d’unités en physique Eléments de calcul vectoriel 08/05/2015 8 PHYSIQUE I  Partie 1 : Mécanique (cinématique et dynamique)  Cinématique à une dimension de la particule  Mouvement Rectiligne Uniformément Accéléré  Mouvements à 2 et 3 dimensions  Balistique  Mouvement Circulaire  Mouvements relatifs Partie 1 : Mécanique (cinématique et dynamique) 08/05/2015 9 PHYSIQUE I Suite Partie 1 Les 3 lois de Newton et leurs applications  Référentiels non inertiels  Les lois de Kepler  Travaux et énergie  Loi de Newton pour un ensemble de particules  Rotation d’un corps rigide autour d’un axe fixe  Importance des lois de conservation Partie 1 : Mécanique (cinématique et dynamique) 08/05/2015 10 PHYSIQUE I Partie 2 et 3 : Hydrostatique, Hydrodynamique et chaleur Partie 2 : Hydrostatique et Hydrodynamique) Notion de pression et pression dans les fluides Principe de Pascal, force d’Archimède Equation de continuité, Théorème de Bernoulli Ecoulements laminaire et turbulent Partie 3 : Chaleur Température Chaleur et énergie thermique Introduction à la thermodynamique 08/05/2015 11 PHYSIQUE I Partie 4 : Introduction à la Physique moderne Partie 4 : Introduction à la Physique moderne Principes fondamentaux de la relativité restreinte Horloge en mouvement et dilatation du temps Contraction des longueurs Quantité de mouvement et énergie Problème des évènements simultanés Addition des vitesses 08/05/2015 12 BIBLIOGRAPHIE • JOSEPH KANE, MORTON STERNHEIM, Physique cours, QCM, exemples et exercices corrigés, 3ème édition revue par Philippe Ghosez, maryse hoebeke, gabriel Liabrés. • Alais P. et Hulin M., mécanique, Ed. Armand colin • Alonso & Finn, Fundamental Physics, Tomes I et II • Hodgman et al., Handbook of chemistry and physics • Murray, Théories et Applications de la mécanique générale • Resnick & Haluday, Physique, Tomes I, II et III • Schaum, Van der Merwe, College physics • TRAN Minh Tâm • Ir Serge Mabulaya: Syllabus de Physique G1ESI 2005-2006 PHYSIQUE I Dr Ir JKK3 08/05/2015 13 INTRODUCTION But de la Physique Composition et comportement de la matière Ses interactions au niveau le plus fondamental Description et compréhension de la nature et des phénomènes naturels Volet prédictif, modèles à l’épreuve : expérience Domaine d’application Très vaste Physique des particules (minuscule) à l’Astrophysique (immense) Physique atomique et moléculaire, Physique de la matière condensée Applications de la Physique En chimie, Biologie, Sciences de la terre, Astronomie et Astrophysique Sciences de l’ingénieur PHYSIQUE I Dr Ir JKK3 08/05/2015 14 INTRODUCTION ASTROPHYSIQUE Partie de l’astronomie qui étudie la nature et les propriétés physiques, ainsi que la formation et l’évolution des astres. ASTRONOMIE Science qui étudie la position, les mouvements, la structure et l’évolution des corps célestes. PHYSIQUE I Dr Ir JKK3 ASTROMETRIE Partie de l’astronomie ayant pour objet la mesure de la position des astres et la détermination de leurs mouvements 08/05/2015 15 INTRODUCTION Physique classique (jusqu’au début 20ème siècle) Mécanique classique Electromagnétisme Thermodynamique Ne peut expliquer: Phénomènes microscopiques, Phénomènes où Vitesses des particules très grandes Physique moderne (depuis début 20ème siècle) Relativité restreinte décrit particules à grandes vitesses Mécanique quantique décrit le monde sub-microscopique Relativité générale - décrit phénomènes à très large échelle, - gravitation, propriétés géométriques de l’espace. PHYSIQUE I 08/05/2015 16 INTRODUCTION Notion Idée, grandeur physique pour analyser les phénomènes physiques Exemples: espace, énergie, temps, longueur, masse, etc. Certaines notions: grandeurs mesurables, faciles à appréhender ou pas Lois et principes Par observation et analyse: tirer des relations entre grandeurs physiques  Lois: relations peuvent être mathématiques Exemple: loi de Newton (physique classique), relation entre grandeurs « force » et « accélération » Lois: peuvent être limitées à un domaine de la physique  Principes: certaines lois à portée générale sur la physique Exemple: Conservation de l’énergie, Invariance des lois physiques selon le lieu et le temps La Physique utilise des notions, s’aide des modèles et développe des théories PHYSIQUE I 08/05/2015 17 INTRODUCTION Les modèles Analogie, représentation pratique d’un système physique Il existe modèles purement mathématique-propriétés = réalité. Exemples: - Modèle planétaire de Bohr – Modèle des quarks – Modèle standard Théories Notions Principes Modèles Postulats Pour élaborer des lois  Théorie doit être descriptive et prédictive  Théorie: acceptée ou rejetée après expérimentation Exemple: Théorie de la gravitation de Newton PHYSIQUE I Dr Ir JKK3 08/05/2015 18 PHYSIQUE MODERNE La curiosité humaine n’a pas de limite! Spéculations : évolution de la vie, origines, évolutions de l’Univers Réponses: religion, philosophie,……Physique moderne : origine de l’univers Big Bang (explosion) il y a 15 milliards d’années La matière: formée d’un petit nombre d’éléments de base Eléments de base Particule Charge Interaction LEPTONS Neutrino électron Electron (e-) Neutrino mu Muon Neutrino tau Tau 0 -1 0 -1 0 -1 Faible Electro-faible Faible Electro-faible Faible Electro-faible QUARKS Up (u) Down (d) Charme Etrange Top Bottom 2/3 -1/3 2/3 -1/3 2/3 -1/3 Electro-faible et forte Electro-faible et forte Electro-faible et forte Electro-faible et forte Electro-faible et forte Electro-faible et forte INTRODUCTION 08/05/2015 19 INTRODUCTION Sont formés Quarks u Quarks d Noyau protons neutrons Atome Electrons Noyau u et d: particules les plus élémentaires dans la connaissance actuelle PHYSIQUE I Dr Ir JKK3 08/05/2015 20 INTRODUCTION Leptons et quarks: forment structures de toutes dimensions  Proton ( 3 quarks), atome, molécules, liquides, solides  Grandes concentrations de matière: étoiles et galaxies Particules fondamentales doivent interagir – Constituer ces structures Interactions fondamentales génèrent des forces Force Portée Intensité relative Gravité infinie 10-36 Electro-magnétique infinie 10-2 Faible 10-17m 10-6 Forte 10-15m 1  Interactions  Gravifique : attractive, cohésion large échelle, systèmes planétaires, galactiques  Electromagnétique:  répulsive et attractive, cohésion atomique, moléculaire, cristalline,  responsable phénomènes à grande échelle: frottement, tension superficielle  Forte: quarks à l’intérieur du proton, cohésion atomique  Faible: désintégration du neutron, muon, tau (radioactivité) PHYSIQUE I 08/05/2015 21 INTRODUCTION  La Physique est basée sur la mesure  Comparer une grandeur physique à un étalon de cette grandeur Beaucoup de grandeurs en Physique,  Heureusement ne sont pas toutes indépendantes,  Vitesse, par exemple, rapport d’une longueur sur un temps La définition des étalons doit être accessible et invariable. La précision en Sciences et en Ingénierie : définition d’étalons invariables.  En 1971, la 14ème Conférence sur les Poids et les Mesures a adopté uploads/Sante/ cours-de-physique-i-mecanique-introduction-2015-old1.pdf