Cours Exhaustif : Physique
I. Énergie Mécanique : Forces et Mouvement (PFD)
Le Principe Fondamental de la Dynamique (PFD) relie les forces appliquées à un solide et son accélération.
Cas particulier de la chute libre :
Une chute est dite "libre" si le solide n'est soumis qu'à son Poids \( \vec{P} \).
D'après le PFD : \( \sum \vec{F} = m \times \vec{a} \implies \vec{P} = m \times \vec{a} \implies m \times \vec{g} = m \times \vec{a} \implies \vec{a} = \vec{g} \).
Conclusion : Dans le vide, l'accélération de chute (donc la vitesse de chute) ne dépend pas de la masse de l'objet !
II. La Radioactivité
Certains noyaux atomiques sont instables. Ils se désintègrent spontanément. C'est un phénomène aléatoire et inéluctable.
- Type \( \alpha \) (Alpha) : Émission d'un noyau d'hélium \( ^4_2He \). Arrêté par du papier.
- Type \( \beta^- \) (Bêta -) : Émission d'un électron \( ^0_{-1}e \). Arrêté par de l'aluminium.
- Type \( \beta^+ \) (Bêta +) : Émission d'un positon \( ^0_{1}e \).
- Rayonnement \( \gamma \) (Gamma) : Émission d'une onde électromagnétique de très haute énergie (Photon). Nécessite du plomb ou du béton.
graph LR
N0["N0 (Instant t=0)"] -- "Après 1 Demi-vie (t½)" --> N1["N0 / 2"]
N1 -- "Après 2 Demi-vies (2t½)" --> N2["N0 / 4"]
N2 -- "Après 3 Demi-vies (3t½)" --> N3["N0 / 8"]
N3 -- "Désintégration continue..." --> N4["..."]
Concept de la Demi-Vie Radioactive (Décroissance Exponentielle)
III. Fission et Fusion Nucléaire
Ces réactions libèrent énormément d'énergie par une perte de masse globale.
- Fusion : 2 petits noyaux s'assemblent.
- Fission : Un gros noyau (ex: Uranium 235) se casse sous l'impact d'un neutron, libérant de l'énergie et d'autres neutrons (Réaction en chaîne).
Énergie libérée par réaction (E = mc²)
\( E_{\text{libérée}} = |\Delta m| \times c^2 \)
Avec \( \Delta m = m_{\text{produits}} - m_{\text{réactifs}} \) (défaut de masse en kg) et \( c = 3 \times 10^8 \text{ m/s} \).
IV. Ondes, Lumière et Son
1. Ondes Électromagnétiques (OEM)
Elles voyagent dans le vide à \( c = 3 \times 10^8 \text{ m/s} \). Elles sont caractérisées par la relation : \( f = \frac{c}{\lambda} \).
Modèle particulaire : la lumière est un flux de "photons". L'énergie d'un photon est : \( E = h \times f \).
Plus la fréquence (f) est grande, plus l'énergie est forte.
2. Ondes Sonores
C'est une vibration mécanique (impossible dans le vide). Domaine audible : 20 Hz à 20 kHz.
Atténuation lors de la traversée d'une paroi : \( A = L_{\text{incident}} - L_{\text{transmis}} \).
V. Chimie : Piles et Électrolyse
Une réaction d'oxydo-réduction est un échange d'électrons entre deux couples (Ox/Red).
Oxydation : Perte d'électrons (\( Red \rightarrow Ox + ne^- \)).
Réduction : Gain d'électrons (\( Ox + ne^- \rightarrow Red \)).
graph TD
subgraph Circuit Extérieur
Fil["Circulation des Électrons (e-)"]
end
subgraph Pile
Anode["Borne Négative (-)
ANODE (Oxydation)"]
Cathode["Borne Positive (+)
CATHODE (Réduction)"]
Anode -->|Libère des e-| Fil
Fil -->|Absorbe des e-| Cathode
end
Principe de fonctionnement d'une Pile (Décharge)
Électrolyse (réaction forcée) :
On apporte de l'énergie électrique pour forcer la réaction chimique dans le sens inverse (ex: production de \( H_2 \) ou recharge d'une batterie).
VI. Thermodynamique et Changements d'état
Lorsqu'un corps pur change d'état, sa température reste constante pendant tout le changement d'état (palier de température).
Énergie thermique (réchauffement sans changement d'état) :
\( E_{\text{thermique}} = m \times C \times (T_{\text{final}} - T_{\text{initial}}) \)
Énergie de combustion :
\( E_{\text{combustion}} = m_{\text{combustible}} \times PC \) (Pouvoir Calorifique).