Catégorie : Physique PC 2021-2022

Semaine 17 : du 17/01 au 21/01

Programme de colles de la semaine 18 du 24/01 au 28/01

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

Optique 5 : Notions sur la diffraction (cours et exercices) → O5_plan

Électromagnétisme 1 : Sources du champ électromagnétique (cours et exercices)→ EM1_plan

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (cours uniquement, une seule question possible, voir ci-dessous) → EM2_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
  • O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.
  • O5 – Définir : le montage de Fraunhofer pour l’étude d’un objet diffractant (une phrase + schéma) ; le plan de Fourier ; la notion de fréquence spatiale. Donner la relation entre fréquence spatiale de l’objet diffractant et l’angle de diffraction associé. A.N. éventuellement
  • O5 – Réseau unidimensionnel sinusoïdal dans les conditions de Fraunhofer : décrire les observations sur l’écran. Interpréter qualitativement à l’aide d’un schéma et d’une explication sans calcul (Ce qui est attendu : la mise en évidence de trois ondes planes, l’une associée à la valeur moyenne (fréquence spatiale sigma nulle) et les deux autres à la périodicité spatiale a du coefficient de transmission du réseau ; les vecteurs d’onde de ces ondes faisant des angles avec l’axe optique selon la relation générale sin(theta_n)=lambda*sigma_n valable pour un coef de transmission périodique)
  • O5 – Expliquer à l’aide de schéma(s) le principe du filtrage optique (détramage / strioscopie)
  • EM1 – Établir l’équation de conservation de la charge (à 1D, en géométrie cartésienne)
  • EM1 – Modèle de Drude : citer les hypothèses et démontrer, à partir du modèle, la loi d’Ohm locale.
  • EM2 : Citer les équations postulats de l’électrostatique (sous forme locale) et démontrer les formes intégrales

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 27/01 : EM1 ex 6 ; et EM1 : lire et comprendre les raisonnements de l’approche documentaire sur l’effet Hall (refaire les calculs par exemple).

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Électromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ fin)

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ II.2)

Pour compléter les chapitres :

– particules élémentaires et interactions fondamentales (à partir de 2:05) :

 

Travail à faire

Pour mercredi : O4 pb n°2 et O5 ex 2 et 4

Pour jeudi : O5 ex 5 et 6

Pour vendredi : EM1 finir ex 3, faire ex 5

Travaux dirigés

TD EM1

semaine 16 du 10/01 au 14/01

Programme de colles de la semaine 17 du 17/01 au 21/01

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours et exercices) → O3_plan

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

Optique 5 : Notions sur la diffraction (cours seulement) → O5_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
  • O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.
  • O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
  • O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.
  • O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
  • O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.
  • O5 – Définir : le montage de Fraunhofer pour l’étude d’un objet diffractant (une phrase + schéma) ; le plan de Fourier ; la notion de fréquence spatiale. Donner la relation entre fréquence spatiale de l’objet diffractant et l’angle de diffraction associé. A.N. éventuellement
  • O5 – Réseau unidimensionnel sinusoïdal dans les conditions de Fraunhofer : décrire les observations sur l’écran. Interpréter qualitativement à l’aide d’un schéma et d’une explication sans calcul (Ce qui est attendu : la mise en évidence de trois ondes planes, l’une associée à la valeur moyenne (fréquence spatiale sigma nulle) et les deux autres à la périodicité spatiale a du coefficient de transmission du réseau ; les vecteurs d’onde de ces ondes faisant des angles avec l’axe optique selon la relation générale sin(theta_n)=lambda*sigma_n valable pour un coef de transmission périodique)
  • O5 – Expliquer à l’aide de schéma(s) le principe du filtrage optique (détramage / strioscopie)

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 20/01 : O4  pb n°2 ; O5 ex 2 et 4

Travaux pratiques

TP focométrie des lentilles minces (2h) + TP modélisation d’une lunette astronomique (2h)

Cours

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (→ fin)

Optique 5 : Notions sur la diffraction (→ fin)

Électromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ II.2)

Pour compléter les chapitres :

– décomposition d’un signal en créneaux en série de Fourier :

– Images issues d’un montage de strioscopie (avec un miroir parabolique), vidéos de Derek Muller (Veritasium)

 

Travail à faire

Pour mercredi : O4 ex 1 question 2, ex 2 et 3

Pour jeudi : O4 ex 4 et 6

Pour vendredi : O4 pb n°1

Travaux dirigés

TD O4, début TD O5

semaine 15 du 03/01 au 07/01

Programme de colles de la semaine 16 du 10/01 au 14/01

Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (exercices) → O1_plan

Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours et exercices) → O3_plan

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours seulement, une seule question possible, voir ci-dessous) → O4_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
  • O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
  • O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
  • O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.
  • O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
  • O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.
  • O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 12/01 : O4 ex 1 question 2 ; ex 2 et 3.

Travaux pratiques

TP focométrie des lentilles minces (2h) + TP modélisation d’une lunette astronomique (2h)

Cours

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (→ fin)

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (→ II.3)

Pour compléter les chapitres :

– Brouillage des franges d’interférences pour les trous d’Young avec deux sources ponctuelles : voir la simulation suivante page 11/15 (télécharger d’abord le pdf)

diapoOPC3-1-201710121649

– article de 2016 sur l’observation des ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux trous noirs (plus pour que vous voyiez la forme de ce type d’article : notez qu’avec le nombre de contributeurs, c’est très intéressant d’avoir un nom de famille qui commence par « Abb »… ; notez sur les graphes le très bon accord entre les observations et la théorie de la relativité générale) : PhysRevLett.116.061102

– à mettre en lien avec la simulation suivante (35 s) :

– conférence de presse (1h11min) à l’annonce de cette découverte extraordinaire. Notez la grande émotion de l’astrophysicienne France Cordova à 0:00, puis du physicien théoricien Kip Thorne qui a travaillé pendant 30 ans sur ce projet (31:08). L’annonce se fait 4:00. Des explications scientifiques sont distillées dans le reste de la conférence de presse.

– version vulgarisée en 9 min :

– Simulation de l’interféromètre de Michelson :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/optiondu/michelson.html

– de manière générale, on conseille vivement les simulations d’optique de ce site :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/

Travail à faire

Pour mercredi : (DM à rendre en fin de semaine)

Pour jeudi : O3 ex 4 à finir, ex 5

Pour vendredi : O3 ex 6 finir le 8

Travaux dirigés

TD O3

Vacances…

  • Barème du DS n°4 : e3a/CCINP ici ; Centrale
  • Programme du DS d’informatique de la rentrée : cours et TD/TP sur la résolution numérique d’équations aux dérivées partielles
  • Suggestions de travail à effectuer pendant les vacances (remarque : vous ne pourrez pas tout faire, ciblez vos besoins prioritaires, puis planifiez votre travail) :

– Reprendre les cours : revoir les points non compris / difficiles ; relire ses fiches / rédiger les fiches manquantes.

– Refaire quelques exercices ciblés pour les chapitres qui posent problème en priorité. Aborder éventuellement des exercices un peu plus difficiles ou des résolutions de problème en autonomie, en s’aidant de la correction.

– reprendre les devoirs surveillés : refaire les questions non réussies et faire les questions non abordées.

– faire le DM de physique (à rendre le vendredi 07/01)

semaine 14 du 13/12 au 17/12

Programme de colles de la semaine 15 du 03/01 au 07/01

Optique 0 : révisions du programme d’optique géométrique de première année (exercices)

Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (cours et exercices) → O1_plan

Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours et exercices guidés) → O3_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • O1 – Citer le théorème de Malus. Montrer à l’aide de schémas, explications à l’appui, qu’une lentille convergente peut transformer une onde sphérique en onde plane et inversement.
  • O1 – Pour deux rayons issus d’un même point source S et se rejoignant en un point M, établir le lien entre la différence des retards de phase (Δφ) et la différence de marche δ (en lumière monochromatique).
  • O1 – Expliciter le modèle des trains d’onde. Définir le temps de cohérence et la longueur de cohérence. Donner des ODG de longueurs de cohérence.
  • O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
  • O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
  • O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
  • O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
  • O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.

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– Pour mercredi 05/01 :

Travaux pratiques

TP Mesure de viscosité et de tension superficielle

Cours

Optique 2: Superposition de deux ondes lumineuses (→ fin)

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde (→ II.2)

Pour compléter les chapitres (oh chouette !) :

– simulation sur les fentes d’Young (testez l’effet des différents paramètres !) :

http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/young.swf

– autre simulation, dans laquelle on comprend bien l’émergence de la figure d’interférences (mettre la distance source – écran à 1,40 m pour pouvoir observer les deux sources ; et cliquer notamment sur « franges ») :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/lumiere/interference_lumiere.php

– mettre ces deux simulations en lien avec la vidéo de Derek Muller (chaîne Youtube Veritasium, 7min39) :

Travail à faire

Pour mercredi : O2 ex 3 et 6

Pour jeudi : O2 ex 7

Pour vendredi : O3 ex 2 et 3

Travaux dirigés

TD O3

semaine 13 du 06/12 au 10/12

Semaine 14 du 13/12 au 17/12 : pas de colles

Néanmoins, pour les étudiants, voici les questions de cours à travailler:

  • O0 – Citer les lois de Snell-Descartes et établir la condition de réflexion totale sur un dioptre
  • O0 – Établir la condition D>=4f’ pour former l’image réelle d’un objet réel par une lentille convergente
  • O0 – Modèle de l’œil ; ODG de la limite de résolution angulaire et de la plage d’accommodation
  • O1 – Citer le théorème de Malus. Montrer à l’aide de schémas, explications à l’appui, qu’une lentille convergente peut transformer une onde sphérique en onde plane et inversement.
  • O1 – Pour deux rayons issus d’un même point source S et se rejoignant en un point M, établir le lien entre la différence des retards de phase (Δφ) et la différence de marche δ (en lumière monochromatique).
  • O1 – Expliciter le modèle des trains d’onde. Définir le temps de cohérence et la longueur de cohérence. Donner des ODG de longueurs de cohérence.
  • O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
  • O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.

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– Pour mercredi 15/12 : O2 ex 3 et 6

Travaux pratiques

TP Mesure de viscosité et de tension superficielle

Cours

Optique 2: Superposition de deux ondes lumineuses (→ V.1)

Pour compléter les chapitres (oh chouette !) :

– simulation sur les fentes d’Young (testez l’effet des différents paramètres !) :

http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/young.swf

– autre simulation, dans laquelle on comprend bien l’émergence de la figure d’interférences (mettre la distance source – écran à 1,40 m pour pouvoir observer les deux sources ; et cliquer notamment sur « franges ») :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/lumiere/interference_lumiere.php

– mettre ces deux simulations en lien avec la vidéo de Derek Muller (chaîne Youtube Veritasium, 7min39) :

Travail à faire

Pour mercredi : O1 ex 3 et 4

Pour jeudi : O1 ex 5 et 6

Pour vendredi : O1 ex 7 et 8

Travaux dirigés

TD O2

semaine 12 du 29/11 au 03/12

Programme de colles de la semaine 13 du 06/12 au 10/12

Mécanique des fluides 3 : Dynamique des fluides en écoulement parfait (cours et exercices) → MF3_plan

Mécanique des fluides 4 : Bilans macroscopiques (cours et exercices) → MF4_plan

Optique 0 : révisions du programme d’optique géométrique de première année (cours, voir ex ci-dessous, et exercices)

Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (cours seulement, uniquement sur les questions ci-dessous) → O1_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • MF3 – Démontrer le théorème de Bernoulli (version écoulement irrotationnel ou non)
  • MF4 – Faire un bilan de masse, de quantité de mouvement ou d’énergie cinétique sur une canalisation coudée à 90° (exemple traité en cours)
  • O0 – Citer les lois de Snell-Descartes et établir la condition de réflexion totale sur un dioptre
  • O0 – Établir la condition D>=4f’ pour former l’image réelle d’un objet réel par une lentille convergente
  • O0 – Modèle de l’œil ; ODG de la limite de résolution angulaire et de la plage d’accommodation
  • O1 – Citer le théorème de Malus. Montrer à l’aide de schémas, explications à l’appui, qu’une lentille convergente peut transformer une onde sphérique en onde plane et inversement.
  • O1 – Pour deux rayons issus d’un même point source S et se rejoignant en un point M, établir le lien entre la différence des retards de phase (Δφ) et la différence de marche δ (en lumière monochromatique).
  • O1 – Expliciter le modèle des trains d’onde. Définir le temps de cohérence et la longueur de cohérence. Donner des ODG de longueurs de cohérence.
  • O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre MF4, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1 à 3

– Pour mercredi 08/12 : O1 ex 3 et 4

– pour les révisions d’optique de PCSI : relire les fiches / les points importants du cours ; refaire quelques exercices ciblés (application lois Snell-Descartes ; construction de rayons au passage d’une lentille ; application des relations de conjugaison)

Travaux pratiques

TP Analyse numérique d’un signal périodique

Cours

Optique 1: Modèle scalaire des ondes lumineuses (→ VII.2)

Travail à faire

Pour mercredi : MF4 ex 1 et 3

Pour jeudi : MF4 finir ex 2, faire le 3

Pour vendredi : MF4 ex 4

Travaux dirigés

TD MF4 fin et O1

Programme du DS du 04/12

(en gras les chapitres à réviser en priorité)

– thermodynamique : T3, T4

– mécanique des fluides : statique des fluides (PCSI), MF1, MF2, MF3, MF4

Pour retravailler le dernier DM : voir barème ici

semaine 11 du 22/11 au 26/11

Programme de colles de la semaine 12 du 29/11 au 03/12

Mécanique des fluides 2 : Dynamique des fluides réels (cours et exercices) → MF2_plan

Mécanique des fluides 3 : Dynamique des fluides en écoulement parfait (cours et exercices) → MF3_plan

Mécanique des fluides 4 : Bilans macroscopiques (cours) → MF4_plan

Optique 0 : révisions du programme d’optique géométrique de première année (cours uniquement pour cette semaine, voir par exemple les 3 questions ci-dessous)

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

  • MF2 : Capacité 2.(b) du chapitre MF2
  • MF2 : Définir le nombre de Reynolds, l’évaluer sur un exemple, et caractériser l’écoulement
  • MF3 – Démontrer le théorème de Bernoulli (version écoulement irrotationnel ou non)
  • MF4 – Faire un bilan de masse, de quantité de mouvement ou d’énergie cinétique sur une canalisation coudée à 90° (exemple traité en cours)
  • O0 – Citer les lois de Snell-Descartes et établir la condition de réflexion totale sur un dioptre
  • O0 – Établir la condition D>=4f’ pour former l’image réelle d’un objet réel par une lentille convergente
  • O0 – Modèle de l’œil ; ODG de la limite de résolution angulaire et de la plage d’accommodation

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre MF3, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1 et 6

– Pour mercredi 01/12 : MF4 ex 1 et 2

– pour les révisions d’optique de PCSI : relire les fiches / les points importants du cours ; refaire quelques exercices ciblés (application lois Snell-Descartes ; construction de rayons au passage d’une lentille ; application des relations de conjugaison)

Travaux pratiques

TP Analyse numérique d’un signal périodique

Cours

Mécanique des fluides 3 : Dynamique des fluides en écoulement parfait (→ fin)

Mécanique des fluides 4 : Bilans macroscopiques (→ fin)

Optique 1: Modèle scalaire des ondes lumineuses (→ II.3)

Pour compléter les chapitres :

– vidéo de David Louapre qui nous explique comment les avions peuvent voler (22 min, très bonne application du chapitre MF3, à voir absolument !) :

– vidéo (10 min) de Destin Sandlin (ingénieur en aéronautique / aérospatial, créateur de la chaîne Youtube « Smarter Every Day ») notamment sur le phénomène de cavitation :

– très belles vidéos (6 + 9 min) de Destin Sandlin (ingénieur en aéronautique / aérospatial, créateur de la chaîne Youtube « Smarter Every Day ») sur la couleur des papillons Morpho (due à un phénomène d’interférences, expliqué dans la 2ème vidéo) :

Travail à faire

Pour mercredi : MF2 ex 6

Pour jeudi : MF3 ex 2 et 3

Pour vendredi : MF3 ex 4 et 6

Travaux dirigés

TD MF3