Catégorie : Physique PC 2022-2023

Programme de colles de la semaine 15 du 03/01 au 06/01

– 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

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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 (lumière blanche, lampe spectrale, laser).
• O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
• O1 – Définir l’éclairement E. Montrer que E = 1/2 *K*A²(M) pour une vibration lumineuse monochromatique a(M,t)=A(M).cos(w0.t-phi)
• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non, au choix) en les supposant validés.
• O2 – Définir la notion de contraste. Par le calcul, montrer dans quel cas le contraste est nul, et dans quel cas il est maximal (on précisera alors sa valeur).
• O2 – Interférences à N ondes : sur l’exemple du montage [laser en incidence normale + réseau + lentille + écran dans plan focal image] établir l’expression de l’amplitude résultante A en un point M de l’écran (en fonction du déphasage Δφ entre deux rayons consécutifs). Établir de plus le lien entre Δφ et l’angle θ des rayons correspondants.
  
• O2 – Interférences à N ondes : sur ce même montage, établir l’expression de l’éclairement E(Δφ) = E0 . sin²(NΔφ/2) / sin²(Δφ/2). En déduire la condition d’interférences totalement constructives Δφ=2mπ (m entier relatif) et la demi-largeur des franges brillantes 2π/N.

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A l’attention des étudiants :

– pour mercredi 04/01 : O2 ex 5 et 6 (et DM pour le mardi)

Travaux pratiques

TP Lunette astronomique

Cours

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

Pour compléter les chapitres :

– 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 4 et 7

Pour jeudi :

Pour vendredi : O2 ex 3 et 4

Travaux dirigés

TD O2

Programme de colles de la semaine 14 du 12/12 au 16/12

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

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

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

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Suggestions de questions de cours :

• 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 (lumière blanche, lampe spectrale, laser).
• O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
• O1 – Définir l’éclairement E. Montrer que E = 1/2 *K*A²(M) pour une vibration lumineuse monochromatique a(M,t)=A(M).cos(w0.t-phi)

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A l’attention des étudiants :

– pour mercredi 14/12 : O1 ex 4 et 7

Travaux pratiques

TP Focométrie et Mesure de viscosité

Cours

Optique 1: Modèle scalaire des ondes lumineuses (→ fin)

Pour compléter les chapitres :

Travail à faire

Pour mercredi : MF4 ex 3

Pour jeudi : MF4 ex 4

Pour vendredi : O1 ex 3 à finir, ex 5 et 6

Travaux dirigés

TD O1

– Chapitres T3 et T4

– Chapitres MF1, MF2, MF3, MF4

Programme de colles de la semaine 13 du 05/12 au 09/12

– 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 et exercices) → MF4_plan

– Optique 0 : révisions du programme d’optique géométrique de première année (cours, seulement sur les questions ci-dessous)

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Suggestions de questions de cours :

• MF2 : Capacité 2.(b) du chapitre MF2.
• MF2 : Définir le nombre de Reynolds. L’exprimer ensuite dans le cas d’une unique échelle spatiale D. L’évaluer sur un exemple concret.
• MF3 : Démontrer le théorème de Bernoulli.
  
• 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 mercredi 30/11 : MF4 finir ex 3

Travaux pratiques

TP Focométrie et Mesure de viscosité

Cours

Mécanique des fluides 4 : Bilans macroscopiques (→ fin)

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

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 !) :

– 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 : MF3 ex 5

Pour jeudi :

Pour vendredi : MF4 ex 2

Travaux dirigés

TD MF4

Programme de colles de la semaine 12 du 28/11 au 02/12

– Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (cours et exercices) → MF1_plan

– 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 simples) → MF3_plan

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

• MF1 : Établir l’expression de la dérivée particulaire de la masse volumique ρ.
• MF1 : En coordonnées cartésiennes, donner l’expression de grad(φ), div(v), rot(v), (v.grad)ρ, (v.grad)v en coordonnées cartésiennes (où v est le champ – vectoriel – de vitesse). Préciser quels champs sont scalaires et quels champs sont vectoriels.
• MF1 : Établir l’équation locale de conservation de la masse à 1D, en géométrie cartésienne.
• MF1 : Définir les écoulements stationnaire, incompressible et irrotationnel (par une phrase, et une relation mathématique). Puis citer une propriété mathématique que l’on peut déduire pour chaque écoulement (voir tableau de l’exercice 2).
• MF2 : Capacité 2.(b) du chapitre MF2.
• MF2 : Définir le nombre de Reynolds. L’exprimer ensuite dans le cas d’une unique échelle spatiale D. L’évaluer sur un exemple concret.
• MF3 : Démontrer le théorème de Bernoulli.
  

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A l’attention des étudiants :

– pour mercredi 30/11 : MF3 finir ex 4, faire le 5

Travaux pratiques

TP Modulation et démodulation

Cours

Mécanique des fluides 2 : Dynamique des fluides réels (→ fin)

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

Pour compléter les chapitres :

– Solide ou liquide ? → voir l’une des expériences les plus vieilles du monde :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9rience_de_la_goutte_de_poix

Un timelapse sur 3 ans :

Et pour les plus geeks, le livefeed de la webcam…

http://www.thetenthwatch.com/feed/

Sur la cavitation…

Travail à faire

Pour mercredi :

Pour jeudi :

Pour vendredi :

Travaux dirigés

TD MF3

Programme de colle de la semaine 11 du 21/11 au 25/11

– Thermodynamique 4 : Rayonnement thermique (cours et exercices) → T4_plan

– Statique des fluides : révisions de PCSI (cours et exercices)

– Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (cours et exercices) → MF1_plan

– Mécanique des fluides 2 : Dynamique des fluides réels (cours, uniquement sur la question ci-dessous) → MF2_plan

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Suggestions de questions de cours :

• T4 : Donner la définition d’un corps noir et faire une application numérique sur la loi de Stefan ou Wien (la loi étant fournie).
• T4 : Expliquer qualitativement le principe de l’effet de serre (faire un schéma, citer les domaines des OEM concernés, donner des exemples de gaz à effet de serre)
• SF : Citer la relation fondamentale de la statique des fluides. L’intégrer pour exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude P=P(z) : 1) pour un fluide incompressible (ρ=cte) dans le champ de pesanteur uniforme 2) dans le cas du modèle de l’atmosphère isotherme.
• MF1 : Établir l’expression de la dérivée particulaire de la masse volumique ρ.
• MF1 : En coordonnées cartésiennes, donner l’expression de grad(φ), div(v), rot(v), (v.grad)ρ, (v.grad)v en coordonnées cartésiennes (où v est le champ – vectoriel – de vitesse). Préciser quels champs sont scalaires et quels champs sont vectoriels.
• MF1 : Établir l’équation locale de conservation de la masse à 1D, en géométrie cartésienne.
• MF1 : Définir les écoulements stationnaire, incompressible et irrotationnel (par une phrase, et une relation mathématique). Puis citer une propriété mathématique que l’on peut déduire pour chaque écoulement (voir tableau de l’exercice 2).
• MF2 : Capacité 2.(b) du chapitre MF2.

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A l’attention des étudiants :

– pour les révisions de statique des fluides vous pouvez vous entraîner sur des exercices / problèmes de la fiche suivante : MF0_ex (correction : MF0_ex_cor et MF0_pb2_cor)

Travaux pratiques

Pas de TP de physique cette semaine

Cours

Simulation numérique 2 : Résolution d’équations aux dérivées partielles (→ III.1)

Mécanique des fluides 2 : Dynamique des fluides réels (→ fin)

Pour compléter le chapitre :

Travail à faire

Pour mercredi : MF1 ex 6, MF1 doc 11, SN2 finir de compléter le poly

Pour jeudi : MF1 ex 7 et 8

Pour vendredi : MF1 ex 9 (10)

Travaux dirigés

TD MF2

Programme de colle de la semaine 10 du 14/11 au 18/11

– Thermodynamique 3 : Diffusion thermique (cours et exercices) → T3_plan

– Thermodynamique 4 : Rayonnement thermique (cours et exercices) → T4_plan

– Statique des fluides : révisions de PCSI (cours et exercices)

– Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (cours et exercices) → MF1_plan

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Suggestions de questions de cours :

• T3 : Établir un bilan local d’énergie (à l’aide du premier principe) à 1D, en géométrie cartésienne, cylindrique ou sphérique, avec ou sans terme source.
• T3 : Établir l’équation de la diffusion thermique à 1D, en géométrie cartésienne, avec ou sans terme source. On commencera par établir le bilan local.
• T3 : Donner les ODG des conductivités thermiques de l’acier, de l’eau, du béton, de l’air.
• T3 : En régime stationnaire, définir la notion de résistance thermique, et établir son expression dans le cas 1D en géométrie cartésienne.
• T4 : Donner la définition d’un corps noir et faire une application numérique sur la loi de Stefan ou Wien (la loi étant fournie).
• T4 : Expliquer qualitativement le principe de l’effet de serre (faire un schéma, citer les domaines des OEM concernés, donner des exemples de gaz à effet de serre)
• SF : Citer la relation fondamentale de la statique des fluides. L’intégrer pour exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude P=P(z) : 1) pour un fluide incompressible (ρ=cte) dans le champ de pesanteur uniforme 2) dans le cas du modèle de l’atmosphère isotherme.
• MF1 : Établir l’expression de la dérivée particulaire de la masse volumique ρ.
• MF1 : En coordonnées cartésiennes, donner l’expression de grad(φ), div(v), rot(v), (v.grad)ρ, (v.grad)v en coordonnées cartésiennes (où v est le champ – vectoriel – de vitesse). Préciser quels champs sont scalaires et quels champs sont vectoriels.
• MF1 : Établir l’équation locale de conservation de la masse à 1D, en géométrie cartésienne.
• MF1 : Définir les écoulements stationnaire, incompressible et irrotationnel (par une phrase, et une relation mathématique). Puis citer une propriété mathématique que l’on peut déduire pour chaque écoulement (voir tableau de l’exercice 2).

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A l’attention des étudiants :

– pour les révisions de statique des fluides vous pouvez vous entraîner sur des exercices / problèmes de la fiche suivante : MF0_ex (correction : MF0_ex_cor et MF0_pb2_cor)

Travaux pratiques

TP Mesure d’une vitesse par décalage Doppler

Cours

Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (→ fin)

Simulation numérique 2 : Résolution d’équations aux dérivées partielles (→ quasi fin)

Pour compléter le chapitre :

– Sur l’interprétation du rotationnel (à partir de 4:30) :

– Superbe vidéo (4 min) de Dianna Cowern (alias Physics Girl), qui a étudié au prestigieux Massachussetts Institute of Technology, et qui partage désormais sa passion de la physique sur Youtube notamment (utiliser les sous-titres en anglais si besoin) :

Travail à faire

Pour mercredi : MF1 ex 1 à 5

Pour jeudi : contrôle de cours, MF1 ex 6, SN2 ex 1

Pour vendredi : férié

Travaux dirigés

Mini TD MF1

Suggestions de travail à effectuer pendant les vacances (remarque : vous ne pourrez pas tout faire, ciblez vos besoins prioritaires, puis planifiez votre travail) :

– Finir de remplir la fiche bilan du DS n°2

– 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.

– en prévision de la suite du cours de 2ème année, réviser les parties suivantes du programme de 1ère année : statique des fluides (en priorité, voir exercices d’entraînement dans le cahier de texte de la semaine 8) et optique (seulement si le temps vous le permet).

– faire le DM de physique (à rendre le mardi 8/11)

Pas de colles la semaine 9 du 07/11 (forum). S’il y avait eu colle, le programme aurait été :

– Thermodynamique 3 : Diffusion thermique (cours et exercices) → T3_plan

– Thermodynamique 4 : Rayonnement thermique (cours et exercices) → T4_plan

– Statique des fluides : révisions de PCSI (cours et exercices)

– Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (cours, et exercices d’applications simples) → MF1_plan

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Suggestions de questions de cours :

• T3 : Établir un bilan local d’énergie (à l’aide du premier principe) à 1D, en géométrie cartésienne, cylindrique ou sphérique, avec ou sans terme source.
• T3 : Établir l’équation de la diffusion thermique à 1D, en géométrie cartésienne, avec ou sans terme source. On commencera par établir le bilan local.
• T3 : Donner les ODG des conductivités thermiques de l’acier, de l’eau, du béton, de l’air.
• T3 : En régime stationnaire, définir la notion de résistance thermique, et établir son expression dans le cas 1D en géométrie cartésienne.
• T4 : Donner la définition d’un corps noir et faire une application numérique sur la loi de Stefan ou Wien (la loi étant fournie).
• T4 : Expliquer qualitativement le principe de l’effet de serre (faire un schéma, citer les domaines des OEM concernés, donner des exemples de gaz à effet de serre)
• SF : Citer la relation fondamentale de la statique des fluides. L’intégrer pour exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude P=P(z) : 1) pour un fluide incompressible (ρ=cte) dans le champ de pesanteur uniforme 2) dans le cas du modèle de l’atmosphère isotherme.
• MF1 : Établir l’expression de la dérivée particulaire de la masse volumique ρ.
• MF1 : En coordonnées cartésiennes, donner l’expression de grad(φ), div(v), rot(v), (v.grad)ρ, (v.grad)v en coordonnées cartésiennes (où v est le champ – vectoriel – de vitesse). Préciser quels champs sont scalaires et quels champs sont vectoriels.
• MF1 : Établir l’équation locale de conservation de la masse à 1D, en géométrie cartésienne.
• MF1 : Définir les écoulements stationnaire, incompressible et irrotationnel (par une phrase, et une relation mathématique). Puis citer une propriété mathématique que l’on peut déduire pour chaque écoulement (voir tableau de l’exercice 2).

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre MF1, les exercices de base à savoir faire pour la rentrée sont : ex 1 à 5

– pour les révisions de statique des fluides vous pouvez vous entraîner sur des exercices / problèmes de la fiche suivante : MF0_ex (correction : MF0_ex_cor et MF0_pb2_cor)

Travaux pratiques

TP Mesure d’une vitesse par décalage Doppler

Cours

Mécanique des fluides 1 : Cinématique des fluides (→ IV.3)

Pour compléter le chapitre :

– Sur l’interprétation du rotationnel (à partir de 4:30) :

– Superbe vidéo (4 min) de Dianna Cowern (alias Physics Girl), qui a étudié au prestigieux Massachussetts Institute of Technology, et qui partage désormais sa passion de la physique sur Youtube notamment (utiliser les sous-titres en anglais si besoin) :

Travail à faire

Pour mercredi :

Pour jeudi :

Pour vendredi :

Travaux dirigés

TD T4

Programme de colles de la semaine 8 du 17/10 au 21/10

– Thermodynamique 2 : Diffusion de particules (cours et exercices) → T2_plan

– Thermodynamique 3 : Diffusion thermique (cours et exercices) → T3_plan

– Thermodynamique 4 : Rayonnement thermique (cours) → T4_plan

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Suggestions de questions de cours :

• T2 : Donner le périmètre d’un cercle, la surface d’un disque, la surface latérale d’un cylindre, le volume d’un cylindre plein, le volume d’un cylindre creux d’épaisseur dr, la surface d’une sphère, le volume d’une boule pleine, le volume d’une boule creuse d’épaisseur dr.
• T2 : Établir un bilan local de particules (équation de conservation de la matière) à 1D, en géométrie cartésienne, cylindrique ou sphérique, avec ou sans terme source.
• T2 : Établir l’équation de diffusion de particules à 1D, en géométrie cartésienne, avec ou sans terme source. On commencera par établir le bilan local.
• T2 : Écrire l’équation de diffusion de particules et l’analyser en ODG pour relier les échelles caractéristiques spatiales et temporelles. Donner l’ODG du coefficient de diffusion pour un gaz et proposer une AN.
• T2 : Exposer le modèle de la marche au hasard à 1D, et démontrer qu’il conduit à une équation de diffusion dans le cadre de l’approximation des milieux continus.
• T3 : Établir un bilan local d’énergie (à l’aide du premier principe) à 1D, en géométrie cartésienne, cylindrique ou sphérique, avec ou sans terme source.
• T3 : Établir l’équation de la diffusion thermique à 1D, en géométrie cartésienne, avec ou sans terme source. On commencera par établir le bilan local.
• T3 : Donner les ODG des conductivités thermiques de l’acier, de l’eau, du béton, de l’air.
• T3 : En régime stationnaire, définir la notion de résistance thermique, et établir son expression dans le cas 1D en géométrie cartésienne.
• T4 : Donner la définition d’un corps noir et faire une application numérique sur la loi de Stefan ou Wien (la loi étant fournie).
• T4 : Expliquer qualitativement le principe de l’effet de serre (faire un schéma, citer les domaines des OEM concernés, donner des exemples de gaz à effet de serre)

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 19/10 : T3 faire ex 5 et 6

Travaux pratiques

TP Analyse numérique d’un signal périodique

Cours

Thermodynamique 3 :Diffusion thermique (→ fin)

Thermodynamique 4 : Rayonnement thermique (→ quasi fin)

Pour compléter le chapitre :

– Rapport spécial du GIEC d’octobre 2018 : résumé à l’attention des décideurs politiques : sr15_spm_final

– Rapport spécial du GIEC de septembre 2019 (océan et cryosphère) : résumé à l’attention des décideurs politiques : ici

– vidéo de la chaîne Science étonnante (David Louapre) sur le réchauffement climatique (2015, 17 min) :

– si vous avez le temps, consultez les écrits / conférences vidéo très instructifs(ives) de Jean-Marc Jancovici (enseignant à Mines-Paritech, ingénieur consultant en énergie / climat) notamment sur les liens énergie / climat / économie :

https://jancovici.com/

Travail à faire

Pour mercredi : T2 ex 4 et 6

Pour jeudi :

Pour vendredi : T3 ex 4 à finir

Travaux dirigés

TD T3