Physique MPC 3 (Mécanique du solide, Physique des ondes, Electromagnétisme, Thermodynamique) (Coef. 9)

Informations

Langue d'enseignement : Français
Crédits ECTS: 0
Cours magistraux : 54 heures
Travaux dirigés : 56 heures
Travaux pratiques : 12 heures

Programme

Mécanique du solide

- Complément de mécanique du point : oscillateur harmonique amorti par frottement visqueux, forcé, résonance.

- Mécanique des systèmes de points et du solide :

· Introduction à la mécanique des systèmes de points matériels :

§ Cinétique : centre de masse, résultante cinétique, référentiel du centre de masse R*, moment cinétique, énergie cinétique, théorèmes de Koenig.

§ Dynamique : forces intérieures, forces extérieures, théorème de la résultante cinétique ; moment des forces intérieures et extérieures à un système, théorème du moment cinétique (TMC), cas particuliers : TMC dans R*, TMC par rapport à un axe fixe.

§ Energétique : travail et puissance des forces intérieures ; théorème de l’énergie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, énergie mécanique.

· Mécanique du solide (en rotation autour d’un axe de direction fixe) :

§ Cinématique du solide : définition d’un solide ; champ des vitesses d’un solide, vecteur rotation, cas particulier d’un solide en rotation autour d’un axe fixe. Cinématique du contact de deux solides : vitesse de glissement.

§ Cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe fixe : moment cinétique, moment d’inertie, théorème de Huygens, énergie cinétique.

§ Dynamique du solide : théorèmes de la résultante cinétique et du moment cinétique ; actions de contact entre deux solides, lois de Coulomb ; notion de liaison : liaisons pivot et pivot parfait.

§ Energétique du solide : puissance d’un champ de forces appliqué à un solide, cas d’un solide en translation, en rotation autour d’un axe fixe, cas des forces intérieures à un solide ou à un système de solides. Théorème de l’énergie cinétique.

Physique des ondes et Electromagnétisme

I - Ondes planes unidimensionnelles ( ondes dans un milieu élastique ; onde progressive plane sinusoïdale ; Equation différentielle des ondes planes unidimensionnelles ; exemples d’ondes mécaniques ; propagation de l’énergie ) .

Généralisation de la notion d’onde ( équation de d’Alembert ) et composition des ondes ( ondes stationnaires, exemple de la corde vibrante ; résonateurs à fréquences multiples ) .

II - Induction magnétique, Propriétés générales ( Mise en évidence des interactions électromagnétiques ; force de Lorentz ; Action d’un champ magnétique sur un courant ; flux d’un champ magnétique) .

Induction électromagnétique ( Expériences fondamentales ; Interprétation ; Loi de Lentz ; Importances des phénomènes d’induction ; Induction mutuelle ; Auto-induction ; Applications de l’induction ) .

Lois fondamentales de l’électromagnétisme en régime statique et en régime variable ( Equations de Maxwell : formulation intégrale, formulation locale et relations de passage ) .

Ondes électromagnétiques dans le vide ( Equation de propagation, célérité ; structure de l’onde plane homogène ; ondes sinusoïdales - polarisations ; Energie électromagnétique : densité volumique et flux ; aspects expérimentaux de la polarisation de la lumière ; vue d’ensemble des radiations électromagnétiques : émetteurs et récepteurs ) .

Ondes électromagnétiques stationnaires - Guides d’onde

Ondes planes monochromatiques ( vitesse de phase ) ; paquet d’ondes ( vitesse de groupe ) .

Ondes électromagnétiques dans un milieu matériel : plasma et conducteur .

Thermodynamique

Chapitre 1 : Etude descriptive des transitions de phase

1. Diagrammes de phase

a. Les états de la matière

b. Phase et variance

c. Diagramme (P,T)

d. Espace (P,T,v) et diagramme (T,v)

e. Exemples de transformations

2. Fonctions d’état et transition de phase

a. Généralités

b. Enthalpie de changement d’état

c. Entropie de changement d’état

d. Relation de Clapeyron

3. Etude de la transition liquide-vapeur

a. Pression de vapeur saturante

b. Isothermes d’Andrews et diagramme de Clapeyron

c. Règle des moments

d. Interprétation physique de l’enthalpie de vaporisation

e. Diagrammes (T,s), (P,h) et de Mollier

4. Bilan d’énergie et d’entropie du corps pur

a. Outils disponibles

b. Exemple de calcul pour une transformation partielle

Chapitre 2 : Machines Thermiques

1. Généralités sur les machines thermiques

a. Définitions

b. Classification

2. Etude théorique des machines cycliques dithermes

a. Bilans d’énergie et d’entropie

b. Diagramme de fonctionnement

c. Efficacité thermodynamique

3. Le cycle de Carnot

a. Théorème de Carnot

b. Le cycle de Carnot

4. Exemples de machines réelles

a. Le moteur à explosion

b. Le réfrigérateur

Chapitre 3 : Physique de la diffusion

1. Diffusion de particules

a. Mise en évidence

b. Outils théoriques : densité, flux, courant

c. Loi de Fick

d. Equation de la diffusion

e. Cas stationnaire unidimensionnel

2. Diffusion thermique

a. Modes de transfert de l’énergie thermique

b. Equilibre thermodynamique local

c. Loi de Fourier

d. Equation de la chaleur

e. Cas stationnaire unidimensionnel et notion de résistance thermique

f. Transfert conducto-convectif

Analogies (diffusion thermique, diffusion de particules et électricité-électrostatique)

Objectifs et compétences

- Non défini -

Organisation pédagogique

- Non défini -

Contrôle des connaissances

Session 1 :

  • 3 DS d’1h30 (0.14 chacun), CC TP (0.16) 3 DST d’1h30 (0.14 chacun)

Session 2 :

  • Report 3 DS (0.14 chacun) et CC TP (0.16)
  • Mécanique du solide : DST de 1h30 ou oral (0.14) ou report session 1
  • Physique des ondes et Electromagnétisme : DST de 1h30 ou oral (0.14) ou report session 1
  • Thermodynamique : DST de 1h30 ou oral (0.14) ou report session 1

Lectures recommandées

- Non défini -

Responsable de l'unité d'enseignement

Pierre LANGOT

Enseignants

- Non défini -