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Présentation du L1 - Licence de Sciences et Technologies
Première année - Cycle d'intégration

Partenariats

Intitulé de l'UE :

physique 2 : Concepts et méthodes de la physique pour pcgi

code de l'UE : 1P002 - (6 ects)

Parcours PCGI - Semestre 1

Responsables de l'UE : Frédéric DAIGNE, Dominique MOUHANA


F. DAIGNE : daigne@iap.fr

D. Mouhanna : mouhanna@lptmc.jussieu.fr

 

Secrétariat : JOCELYNE QUELLIER
ATRIUM - 5ème étage - Bureau 557
Téléphone : 01 44 27 40 44
Email : jocelyne.quellier@upmc.fr

 

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1. Objectifs du cours

 

A la fin du cours l’étudiant :

  • Connaîtra les ordres de grandeur caractéristiques des différentes échelles de longueur du microscopique au macroscopique. Connaîtra les principaux constituants élémentaires de la matière et les interactions fondamentales. Aura des notions sur la  cohésion et les états de la matière à l’échelle  macroscopique.
  • Connaîtra les notions de dimension, d’unité, d’une grandeur physique. Saura  vérifier et utiliser  l’homogénéité d’une relation ou  d’une loi physique.
  • Saura caractériser l’état d’un système et utiliser  son équation d’évolution temporelle  pour décrire son  état ultérieur dans des cas  simples. Saura caractériser cette évolution au moyen d’une échelle de  temps typique.  Pour l’étudiant désireux de poursuivre des études de  Physique on  demandera de savoir établir  l’équation d’évolution  d’un système simple au  moyen d’un raisonnement différentiel.
  • Connaîtra les notions fondamentales de la cinématique : référentiel, repère,  position, vitesse, accélération, changement de référentiel entre référentiels en translation uniforme, principe de relativité. Saura  déterminer la vitesse et l’accélération à partir de l’expression de  la fonction  x(t).  Sera capable d’effectuer un changement de référentiel dans le cadre classique ou relativiste.
  • Sera en mesure de mettre en Âœuvre  les principes fondamentaux de la mécanique dans le cas  1D. Sera en mesure  d’intégrer le Principe Fondamental de la Dynamique dans des cas simples 1D. Saura calculer le travail  et le cas échéant l’énergie potentielle d’une force  à 1D.  Saura mettre en application le théorème de l’énergie cinétique. Connaîtra les conditions d’application des principes de conservation de quantité de mouvement et d’énergie.  Saura utiliser ces lois de conservation  à 1D.  Pour l’étudiant désireux de  poursuivre des études de Physique :  sera capable  d’effectuer  une somme vectorielle à 2D, sera capable de résoudre des équations différentielles  du premier et du second ordre, sera capable de déterminer l’approximation harmonique d’une énergie potentielle via l’utilisation d’un développement limité.

2. Contenu des cours

Cours 1 - La démarche du Physicien

-       La Physique dans le champ scientifique. La démarche du Physicien.

-       Le champ d’investigation de la  Physique : du microscopique au macroscopique.

-       Le monde élémentaire : constituants  et interactions.

-       Le monde macroscopique  et la complexité : la Physique à grand nombre de constituants. Cohésion et états de la matière à l’échelle macroscopique.

Cours 2 -  Grandeurs physiques, dimensions et unités     

-       Grandeurs physiques,  relations entre  grandeurs, lois, dimension d’une grandeur, systèmes d’unités.

-       Analyse dimensionnelle, homogénéité d’une relation,  lois d’échelle.

 Cours 3-4-5 - Des systèmes qui évoluent dans le temps

-       Systèmes et évolution temporelle : définition d’un système  et de son environnement, état et  évolution temporelle d’un système physique.

-       Quelques exemples fondamentaux d’évolution temporelle : évolutions temporelles  linéaire, exponentielle et périodique. Equations d’évolution. Echelles de temps caractéristiques.

-       Modélisation de  situations physiques : radioactivité, dynamique de populations, croissance cellulaire.

Cours 6-7-8-9-10  - Des systèmes qui évoluent dans le  temps et dans l’espace

-       Cinématique. Relativité du mouvement.  Grandeurs cinématiques. Référentiels en translation uniforme. Principe de relativité. Cas classique ou relativiste.

-       Dynamique : les lois du mouvement et de l’équilibre.  Principes fondamentaux. Forces.  Equilibre d’un système.  Conservation de la quantité de mouvement.  Conservation de l’énergie cinétique.

-       Application au cas de la chute libre, chute avec frottement, oscillateur harmonique, collisions 1D.

-       Dynamique : point de vue énergétique. Travail d’une force.  Energie potentielle. Théorème de l’énergie cinétique.  Conservation de l’énergie mécanique. Notion de paysage énergétique. Equilibre d’un système.  Energie interne.

Cours 11-12  - Des systèmes complexes

-       Etats de la matière.

-       Quelques exemples de phénomènes collectifs : propagation d’une onde, diffusion  de  matière.

3. Travaux pratiques

 L’UE contient 3 séances de travaux pratiques de  4h précédée chacune d’une séance de deux heures de préparation au TP.

TP 1 -  Le pendule

Objectif pédagogique principal du TP :   caractérisation des propriétés  du mouvement d’un pendule, notamment isochronisme des petites oscillations.  Introduction à la notion  d’incertitude expérimentale. Quantification  de ces incertitudes.

 

TP 2-  Ecoulements

Objectif pédagogique principal du TP : savoir utiliser des représentations graphiques pour exploiter les résultats de mesures, identifier  des comportement  temporels  linéaire et exponentiel lors d’expériences d’écoulement d’un liquide. Mesurer les  caractéristiques principales de ce comportement.

 

TP 2 -  Collisions

Objectif pédagogique principal du TP :   étude  de collisions élastiques. Mesure de quantités cinématiques. Vérification des lois de conservation de quantité de mouvement et d’énergie cinétique.

 

4. Livres de référence

 

 Physique Générale, Auteurs :  M. Alonso et  Edward J. Finn

                                  Publié par Dunod

Empruntable auprès de la bibliothèque du L1 (Campus Jussieu, bâtiment F).

 

Physique, Auteurs :  J. Kane et  M. Sternheim

                                 Publié par Dunod

Empruntable auprès de la bibliothèque du L1 (Campus Jussieu, bâtiment F).

 

Physique, Auteurs : E. Hecht

                                Publié par  Deboeck

Empruntable auprès de la bibliothèque du L1 (Campus Jussieu, bâtiment F).

 

Physique  pour les sciences de la vie (3 tomes) : Auteurs : A. Bouyssy, M. Davier et B. Gatty

                                   Publié par   Belin               

Empruntable auprès de la bibliothèque du L1 (Campus Jussieu, bâtiment F).

 

 

Martine Staudenmann - 18/06/13