Partie I: Mécanique

Partie I: Mécanique

Cours n°1:

(Ce cours sera enseigné aux élèves, le 14/09/2010 à 20h).

Introduction:

Qu'est ce que la mécanique?

Les filles ! Je vous rassure, ce n'est pas un cours où on répare des voitures et où on se met plein d'huile partout !

La mécanique est une branche de la Physique. Nous allons apprendre dans ce cours, la mécanique dites classique (ou Newtonienne). C'est à dire que nous allons travailler sur les forces, les mouvements et tout ce qui va avec.

J'ai choisi pour cette partie, de faire un rapprochement thématique avec le Sport. C'est à dire? Nous allons prendre des exemples concernant le sport pour vous permettre de mieux imaginer ce qu'il se passe.

Que faut il savoir avant de faire un cours de mécanique?

Il faut connaître les dimensions et les unités utilisés en mécanique, c'est à dire:

- la masse exprimée en kilogrammes (kg)
- la longueur exprimée en mètres (m)
- le temps exprimée en secondes (t)
- l'énergie exprimée en joules (J)

Fin de l'introduction.

1) Les mouvements:

Qu'est ce qu'un mouvement?

Un mouvement c'est le déplacement d'un point dans l'espace durant un temps.

Par exemple: Un ballon de foot se trouve au milieu du stade avant que le match commence c'est à dire à t = 0s. Puis un joueur vient taper dedans très fort et le ballon se retrouve dans les cages à t = 5mn.
Le ballon de foot à donc subit un mouvement.

Les différents types de mouvements:

a) Mouvement de rectiligne:

C'est le mouvement où la trajectoire est une droite car le système subit une translation.
Par exemple: Imaginons une route droite et une voiture de rallye qui parcourt cette route en la suivant bien droite. On dit que le mouvement de la voiture, est un mouvement de translation.

b) Mouvement de rotation:

C'est le mouvement où la trajectoire est un cercle car le système subit une rotation.
Par exemple: Prenons une roue de vélo du tour de France. Faites tourner la roue, la roue tourne, elle subit un mouvement de rotation.

c) Mouvement plan:

C'est un mouvement qui est ni un mouvement de rotation, ni un mouvement de translation.

Excellent cours !

Très bon court, très complet en plus ! Good point =D

Cours n°2:


Ce cours sera donné aux élèves le 17/09/2010.

I) Les mouvements (suite)

Nous avons parlé précédemment des différents types de mouvements (rotation, translation, plan) qui dépend de la trajectoire (ensemble des points) parcourut par le système.
Nous allons maintenant parler des différents mouvements au point de vue de vitesse.

a) Mouvement Accéléré:

C'est le mouvement où le système accélère, c'est à dire, que la vitesse augmente au cours du temps. (Nous reviendrons sur la notion de vitesse ultérieurement).

b) Mouvement Ralenti:

C'est le mouvement où le système ralenti, c'est à dire que la vitesse diminue au cours du temps.

c) Mouvement Uniforme:

C'est le mouvement où le système garde une vitesse constante.

d) Mélange de différents mouvements.

Donc on peut "emboiter" les différents mouvements, par exemple:

Prenons une danseuse étoile qui fait une toupie. Elle va avoir un mouvement de rotation. Mais au bout d'un moment elle va tourner, tourner de moins en moins et s'arrêter. On peut dire qu'elle a un mouvement de rotation ralenti.

Prenons un skateur qui fait du skate en ligne droite mais sur une pente. Il va donc avec un mouvement rectiligne (linéaire ou de translation) accéléré.


Exercices d'application:

1) Quel est le mouvement d'un ballon dans une pente?
2) Quel est le mouvement d'une grande roue?
3) Quel est le mouvement de la Terre autour du Soleil?

Superbe !

Cours n°3:

II) Les vitesses.

a) Définition de la vitesse.

Une vitesse est une variation de la position d'un système (objet) au cours du temps.
Mathématiquement on note: v(t) = dx/dt (Niveau Terminale donc... oublions).
Au collège vous avez plutôt l'habitude d'écrire: v = d/t.
d étant la distance en mètres.
t étant le temps en secondes.
v étant la vitesse en mètres par secondes.

Donc en fait plus on parcourt une grande distance dans un court temps plus notre vitesse sera grande.

Exemple: Un ballon se dirige vers les cages de but à 1 m/s (mètres par secondes). Et une voiture parcourt 2 mètres en 1 seconde. Qui est le plus rapide?

Vitesse (ballon) = 1m/s

Vitesse (voiture) = d/t = 2/1 = 2m/s

La voiture est donc plus rapide que le ballon.

b) Différentes vitesses.

- Dans le cas précédent c'était le cas où le système se déplaçait en mouvement rectiligne c'est à dire tout droit.

On dit que c'est une vitesse linéaire et même une vitesse moyenne car on calcule avec la distance parcourut en tout.

- Par contre il existe la vitesse instantanée qui consiste à calculer la vitesse entre deux points. Plus l'écart entre les points est petit plus la valeur de la vitesse sera précise.
Cependant nous n'allons pas approfondir cette notion.

- Pour le cas d'un mouvement de rotation, on utilise la vitesse angulaire. Cette fois ci ce n'est plus une distance sur le temps c'est un angle sur le temps.

La formule devient: Oméga = Alpha/t

Oméga est la vitesse angulaire en radians par secondes.
Alpha est l'angle en radians.
t est le temps en secondes.

Radians??? Voilà pourquoi je n'approfondirai pas plus. Car en mathématiques vous n'avez pas encore vu ce que c'est qu'un radian.

Compris? Voyons ça !

Exercice d'application:

1) Une voiture parcourt une ligne droite qui mesure 50 mètres, en 1 seconde. Quel est le type de vitesse? Calculez cette vitesse.

2) Dans une fête foraine, la grande roue est la plus connue des attractions. Pouvez vous me dire qu'elle est son mouvement? Et quelle sera son type de vitesse?

3) Quel est l'unité légale de la vitesse: m/s ? cm/s ? carotte/saucisse?

A vous de jouer !

Cours n°4:



IV) Poids, masse et gravitation.

a) Poids? Masse?

Quelle est la différence entre le poids et une masse? (Non ce n'est pas une blague xD)

Le poids s'exprime en Newtons l'unité d'une force.
La masse s'exprime en Kilogrammes l'unité d'une masse.

Le poids se mesure avec un dynamomètre.
La masse se mesure avec une balance.

b) Le Poids.

Le poids est la force qu'exerce un corps possédant une masse sur un autre corps possédant une masse.

Exemple: La Terre possède une masse et une pomme possède une masse. Il existe donc une force entre la Terre et la pomme. Qu'elle est cette force? Le poids. Lachez la pomme d'une certaine hauteur. Que se passe t-il ? La pomme tombe sur le sol car elle a été attiré par le centre de la Terre.

Calcul du poids:

Il faut connaître cette formule:

P = m x g

Poids = Masse fois Accélération de Pesanteur.

Le Poids s'exprime en Newtons (N).
La Masse s'exprime en Kilogrammes (Kg).
L'accélération de pesanteur s'exprime en (N/Kg).

Je ne peux pas vous expliquer ce qu'est l'accélération de pesanteur celà est peut-être un peu trop complexe pour des collégiens.
Il faut juste savoir que sur Terre au niveau de la mer, g = 9.81 N/Kg.
Retenez cette valeur !

Exemple: Prenons un homme pesant 70Kg. Calculons son poids sur Terre.

P = m x g donc P = 70 x 9.81 = 686,7 Kg/N

c) La gravitation.

En fait la gravitation ou gravité c'est l'effet du poids sur un corps (quand je dis corps, c'est un objet).

Mais alors... La pomme tombe sur le sol car elle a une masse alors POURQUOI la Lune ne tombe t'elle pas sur Terre???

En fait la Lune tombe sur la Terre... et oui... Maintenant pourquoi est-ce qu'elle tombe pas à la verticale? C'est un autre problème. La lune possède une vitesse et le fait de posséder une vitesse lui permet de graviter autour de la Terre, elle tombe en permanence mais vu qu'elle a une vitesse suffisante, elle effectue un mouvement de rotation en fait.

Je vous ferais des expériences.

Première vidéo:

https://www.youtube.com/watch?v=rrK5VTapV8g

Expérience de mécanique sur le dernier cours (Masse, Poids, Gravitation).

Cours n°5:


V) Les forces.

a) Qu'est ce qu'une force?

Une force c'est une interaction entre deux systèmes et une action mécanique.

Il existe des forces dites à distance et des forces de contacts.

Exemple:

Force qui nous attire vers le sol: Force à distance.

b) Quelques forces:

- Poids: Force à distance qui nous attire vers le sol.
- Réaction du support: Force de contact qui permet à un objet étant soumis au poids de rester immobile.
- Frottements: Force de contact qui agit sur un objet dans le sens opposé de son mouvement pour ainsi le freiner.
- Poussée d'Archimède: Force de contact (pas d'explications supplémentaires).

etc...

c) Quelques exemples:

- Posons une gomme sur une table. Quelles sont les forces qui agissent sur la gomme? Il y a le poids qui l'attire en permanence vers le centre de gravité de la Terre car la gomme possède une masse. Mais il y a également la réaction du support qui permet à la gomme de tenir sur la table et non de continuer à tomber jusqu'au centre de la Terre.

- Un pomme tombe d'un pommier. Quelles sont les forces qui agissent sur la pomme durant la chute? Il y a le poids, il y a les frottements de l'air et il y a la poussée d'Archimède.

- (Pour votre culture): Quelles sont les forces qui agissent sur un avion en vol?

Il y a le poids, la portance (force qui permet à l'avion de tenir en l'air), la trainée et la poussée.



(PS: Sur le schéma il y a écrit masse mais c'est en fait poids !) La masse n'est pas une force ! C'est une grandeur physique !

Cours n°6:



VI) Les énergies.

a) Qu'est ce que l'énergie?

Si vous avez une définition correcte, faites moi signe.
C'est très compliqué à répondre à cette question... C'est pour cela qu'on n'y répondra pas...

Si vous êtes philosophe sur les bords, demandez vous également qu'est ce que le TEMPS ?

b) Énergie cinétique

C'est l'énergie que possède un corps en mouvement.
L'énergie cinétique varie selon la masse du corps et varie encore plus selon sa vitesse.

Voici la formule de l'énergie cinétique (à connaître):

Ec = 1/2 *m*V²

Ec est l'énergie cinétique en joules (J)
m est la masse en kilogrammes (Kg)
V est la vitesse en mètres par seconde (m/s)

Je rappelle que * signifie: FOIS (multiplication).

Exemple:

Un homme de 80 Kg marche assez vite 1m/s.
Quelle est son énergie cinétique?

Ec = 1/2* m * V²
Ec = 1/2 * 80 * 1²
Ec = 40 J

L'homme possède une énergie cinétique de 40J.

c) Énergie potentielle de pesanteur.

Tout corps soumis à la gravité possède une énergie potentielle de pesanteur.

La définition exacte est : L'énergie potentielle de pesanteur est l'énergie que possède un corps du fait de sa position dans un champ de pesanteur.

Alors c'est quoi le champ de pesanteur? Disons que c'est une zone où la gravité est présente. Donc nous sommes dans un immense champ de pesanteur !

Le truc important dans cette définition c'est: Position. C'est très important de connaître la position du corps ! Généralement on doit connaître sa hauteur.

La formule de l'énergie potentielle de pesanteur est:

Epp = m*g*h

Epp est l'énergie potentielle de pesanteur en Joules (J)
g est l'accélération de pesanteur en Newton par Kilogrammes (N/Kg) ou mètre par secondes -2 (m/s²)
h est la hauteur en mètres (m).

La valeur de g sur Terre (au niveau de la mer) est égale à 9.81 N/Kg.

Exemple:

Un homme de 70 Kg est sur une échelle de 10 mètres (Oh elle est grande celle là). Quelle est son énergie potentielle de pesanteur?

Epp = m*g*h
Epp = 70 * 9.81 * 10
Epp = 6867 J.

c) L'énergie mécanique

L'énergie mécanique est la somme des énergies (potentielle et cinétique).

Em = Epp + Ec

Quand il n'y a pas de frottements, il y a conservation d'énergie mécanique.

SUPERBE !!!!

Cours n°7:

VII) Le son.


a ) Qu'est ce que le son?

Le son est une onde mécanique progressive périodique longitudinale (Charabia) !

Il faut surtout retenir que le son est une onde. Mais c'est quoi une onde?

Une onde mécanique se propage dans un milieu matériel en transportant de l'énergie mais pas de la matière.

b) Comment se déplace le son dans l'air?

Le son se déplace dans toutes les directions.

En fait le son est en fait la vibration des molécules de l'air qui s'entrechoquent les unes aux autres et qui crée en fait le son.

c) Quelques informations sur le son.

La branche des sciences qui étudie le son est appelé l'acoustique.

La vitesse du son dans l'air est égal à 340 m/s.

Les films comme StarWars nous ont arnaqués ! Si on était dans l'espace, on ne pourrait pas entendre le bruit des vaisseaux spatiaux ou des explosions... Pourquoi?
Car il n'y a pas de molécules d'air dans l'espace, il y a du vide.

Quand on joue de la guitare, on fait vibrer la corde et la vibration fait vibrer les molécules de l'air qui sont autours et ça produit le son.

Good