Physique DF v 3.2 Chapitre 1 : MECANIQUE

1 Physique DFv S bastien Monard 2011 Titre m caniqueGymnase de la Cit Chapitre 1 CHOCS ET QUANTIT STATIQUE DES DYNAMIQUE DF v caniqueM 0 S. Monard 2011M canique page 0 Gymnase de la Cit Table des mati res CINEMATIQUE _____ Galil e (1564-1642) _____ La mesure du temps _____ Le m tre, unit de longueur_____ Position et horaire _____ 41) Unit s _____ 42) Notion der f rentiel_____ 43) Notion d'horaire_____ 4 Exercices position_____ Vitesse et mouvement rectiligne uniforme(MRU) _____ 5 Exercices MRU_____ Le mouvement circulaire uniforme(MCU) _____ 5 Exercices MCU_____ L'acc l ration _____ Le mouvement rectiligne uniform mentacc l r (MRUA) _____ 7 Exercices MRUA_____ Acc l ration centrip te et MCU _____ 8 Exercices acc l ration MCU_____ 8 Corrig des exercices de cin matique _____ Vitesse et MRU(M 5)_____ Vitesse et MCU(M 6)_____ MRUA(M 7)_____ Acc l ration et MCU(M 8)

2 _____ QUANTITE DE MOUVEMENT ETCHOCS _____ 10 Exercices Chocs et QDM _____ DYNAMIQUE ET GRAVITATION ___ Histoire de la dynamique _____ 121. L'antiquit _____ 122) Aristote (384 - 322 av. )_____ 123) Sir Isaac Newton (1642 - 1727)_____ Masse et masse volumique _____ 13 Exercices masse volumique_____ Notion de force _____ 13 Les diff rents types de forces_____ 14 Caract risation de la force_____ Les trois lois de Newton _____ Exemples d'introduction l' quationfondamentale_____ L' quation fondamentale de ladynamique de Newton _____ Masse inerte et masse grave_____ Masse, poids et force de pesanteur ___ 16 Exercices MRUA et force_____ 16La d couverte de la gravitation universelle _ La loi de la gravitation universelle. ___ Dynamique de rotation des plan tes Lois de Kepler_____ 19 Les 8 (9) plan tes du Syst me solaire _____ 20 Exercices MCU et force Lois de Kepler___ Classification des forces _____ 22 Corrig des exercices QDM et dynamique __ 23 Chocs et QDM p.

3 M 11_____23 Masse volumique p. M 13_____24 MRUA et force p. M 16 et M 17_____24 MCU et force p. M ENERGIE_____ Travail d une force _____ Les diff rents types d' nergie _____ 26(1) Energie potentielle de la pesanteur_____ 26(2) Energie cin tique_____ 26(3) Energie du ressort_____ 26(4) Chaleur = travail des frottements_____ Loi de conservation de l' nergie _____ Loi de d gradation de l' nergie _____ R sum des diff rents types d' nergie etprincipes _____ 29 Exercices sur l' nergie _____ Puissance et rendement _____ Puissance et rendement _____ 33 EXERCICES SUR LA PUISSANCE _____ 34 Corrig des exercices sur l' nergie p. M 30 _ 34 Corrig des exercices sur la puissance p. M 32(avec g = 10 m/s2)_____ STATIQUE DE FLUIDES (PRESSION)_____ Exp rience d'introduction _____ D finition de la pression_____ Le principe de Pascal _____ 35 Applications du principe de La pression hydrostatique _____ 36 Exercices pression hydrostatique _____ Principe d'Archim de_____ 38 Applications du principe d Archim de_____38 Exercices Archim de _____ 39 Corrig des exercices sur la pression _____ 40a) Pression hydrostatique p.

4 M 35_____40b) Force d'Archim de p. M 37_____40 Physique DF v caniqueM 1 S. Monard 2011M canique page 1 Gymnase de la Cit Galil e (1564-1642)Galil e (le son vrai nom galileo galilei ) na t Pise en 1564. A 17 ans, ilentreprend des tudes de m decine bien qu'il manifeste d j du talent pourla musique et les arts. Tr s vite, il montre de l'int r t pour d'autres domainesde science et il est nomm professeur de math matiques l'universit dePise. Entre 1589 et 1592, il tudie les lois du mouvement, ce qui constitue lamati re de ce philosophe grec Aristote (383 - 322 avant ) pensait que des objetslourds tombaient plus rapidement que des objets l gers. Galil e entreprend une s rie d'exp riences surdes objets roulant le long de plans inclin s, ce qui lui permet de conclure que tous les objets poss dent lam me acc l ration, pour autant que l'on puisse consid rer les frottements comme n gligeables.

5 Il tabliten outre que la distance parcourue par les objets varie avec le carr du temps coul , ce qui impliqueque l'acc l ration soit constante. On consid re queGalil e a r v l l'importance de l'approcheexp rimentale en 1608, Galil e prend connaissance du fait que deux lentilles de lunette peuvent tre associ es pouragrandir la vision d'un objet loign . Rapidement, il construit une s rie de t lescopes poss dant despouvoirs d'agrandissement de plus en plus importants. Il observe que le relief de la Lune estmontagneux, que Jupiter poss de des satellites ; il observe galement l'existence des taches ces observations lui causent des ennuis. Copernic (1473-1543) avait mis des doutes quant l'enseignement d'Aristote qui voulait que la terre soit le centre de l'Univers.

6 Copernic avait montr que lesmouvements apparents du Soleil, des toiles et des plan tes pouvaient s'interpr ter plus simplement enconsid rant la Terre comme une plan te effectuant une rotation quotidienne autour de son axe d uner volution annuelle autour du Soleil. Les observations de Galil e sont en faveur de ce point de vueh r tique selon lequella Terre ne constitue pas le centre du monde. Cela lui cause d' normesdifficult s avec les autorit conflit de Galil e avec l'Eglise dure plus de vingt ans. Dans un premier temps, on lui interdit d'exposerses id es. Plus tard, on lui ordonne de d crire les id es de Copernic comme hypoth tiques. Cependantl'analyse de Galil e et la pr sentation des observations sont tellement parfaites et convaincantes qu' 70ans, il est jug pour avoir enfreint l'ordre ant rieur.

7 Apr s le proc s il reste en r sidence surveill ependant les douze derni res ann es de sa doit Galil e d'avoir t l'un des tous premiers oser faire des exp riences une poque o lesmanipulations passaient encore parfois pour une atteinte la Nature, d'essence divine. Dans une pagec l bre extraite de son Dialogue sur les deux syst mes du Monde publi en 1632 alors que les id esd'Aristote faisaient encore autorit ; on peut lire un dialogue entre Salviati qui repr sente Galil e etSimplicius, un interlocuteur de bon La mesure du tempsSi la Terre avait toujours pr sent la m me face au Soleil, le terrien n'aurait probablement pas eu lanotion de temps. C'est en effet la "course" du Soleil qui donna l'homme l'id e d'une dur e.

8 L'hommeremarqua que les ombres des objets se raccourcissent du matin jusqu' midi et rallongent de midijusqu'au soir. La Terre met 365 jours environs pour accomplir une r volution autour du Soleil. C'est cettedur e qui d finie l'ann e. Dans les temps anciens, nos anc tres se servaient des toiles (apparaissant un moment donn de l'ann e) ou des changements caract ristiques de la nature pour, par exemple,semer ou r colter au bon moment. Les ann es sont elles-m mes divis es en 12 mois compos s de 28 31 jours. Ces jours sont marqu s par les apparitions et les disparitions du Soleil, il est donc ais de lesd finir. Mais la division de ces jours s'est vite av r e n cessaire. Ainsi, au fil des si cles, l'Homme a misau point diff rentes fa ons de mesurer le temps, de plus en plus pr heures, leur "cr ation" taient plus ou moins longues suivant la saison (12 heures de jour, 12heures de nuit, ce qui implique par exemple que les heures de jour en t taient plus longues que lesheures de nuit de la m me saison).

9 Le tout premier objet ayant servi mesurer le temps est tait un simple b ton plant dans le sol verticalement, et c'est la longueur de l'ombre quipermettait de rep rer l'heure. C'est la premi re horloge, le gnomon (du grecJQZPRQ indicateur). Elle taitconnue des Grecs, des Arabes, des Egyptiens, des Chald ens et des Chinois et date du IIIe mill naireavant DF v caniqueM 2 S. Monard 2011M canique page 2 Gymnase de la Cit Lecadran solaire, dont le plus ancien est dat de 1500 av et provient d'Egypte, lui a succ d et aapport une premi re vraie notion d'heure : au fur et mesure que le soleil se d place dans le ciel,l'ombre du style parcourt l' chelle horaire graduant le cadran. Dans le cadran solaire : la tige n'est plusverticale, elle est inclin e parall lement l'axe terrestre et pointe vers l' toile Polaire.

10 Il s'ensuit qu'en unlieu donn , toute l'ann e, la m me heure, L'ombre de la tige n'a pas la m me longueur, mais la m medirection. Les Romains connaissaient le cadran solaire. Beaucoup d' difices du Moyen Age et des si clessuivants en sont orn cadran solaire avait l'inconv nient de ne pas tre utilisable la nuit, ni surtout dans les r gions au climatpeu favorable. La clepsydre ou horloge eau est apparue peu pr s en m me temps que le cadransolaire. Les Egyptiens s'en servaient d j au IIIe mill naire avant il s'agit de mesurer la hauteurd'eau qui s' coule d'un r cipient un autre par une fine ouverture. Laclepsydre fut perfectionn e parl'adjonction d'un m canisme aiguille. Le chroniqueur raconte que Charlemagne poss dait uneclepsydre capable de sonner l'heure en laissant choir des billes sur un plateau.