Sciences — Physique-chimie

Thème 2 — Mouvements et interactions

Décrire un mouvement

• La vitesse se calcule par :

$v = \frac{d}{t}$

où $v$ est la vitesse (m/s ou km/h), $d$ la distance, $t$ la durée.

Exemple : une voiture parcourt 150 km en 2 h. Sa vitesse moyenne est $v = \dfrac{150}{2} = 75$ km/h.

• Un mouvement est rectiligne (en ligne droite) ou circulaire, uniforme (vitesse constante) ou non.
• Le mouvement est relatif : il dépend du référentiel (l'observateur). Un passager est immobile par rapport au train mais en mouvement par rapport au sol.

Les interactions et forces

• Une force modélise une action (pousser, tirer, attirer). On la représente par une flèche (direction, sens, longueur = intensité).
• Le poids est la force d'attraction de la Terre sur un objet :

$P = m \times g$

où $P$ est le poids (newtons, N), $m$ la masse (kg), $g \approx 9{,}8$ N/kg sur Terre (souvent arrondi à 10).

Key takeaway

Piège majeur : masse ≠ poids. La masse (en kg) est la même partout (sur Terre, sur la Lune…). Le poids (en N) dépend de la gravité : il est plus faible sur la Lune (où $g$ est ~6 fois plus petit). Sur Terre, un objet de 2 kg a un poids de $P = 2 \times 9{,}8 \approx 20$ N.

La gravitation

La gravitation universelle est l'attraction entre tous les corps qui ont une masse. Plus les masses sont grandes et plus elles sont proches, plus l'attraction est forte. C'est elle qui maintient la Lune autour de la Terre et les planètes autour du Soleil.

Thème 3 — L'énergie et ses conversions

Les formes d'énergie

L'énergie existe sous plusieurs formes : cinétique (mouvement), de position (hauteur), thermique (chaleur), électrique, chimique, lumineuse…

L'énergie cinétique

$E_c = \frac{1}{2} \times m \times v^2$

où $E_c$ est en joules (J), $m$ en kg, $v$ en m/s.

Key takeaway

Attention : la vitesse est au carré. Si la vitesse double, l'énergie cinétique est multipliée par 4. C'est pourquoi un choc à 100 km/h est bien plus dangereux qu'à 50 km/h (lien avec la sécurité routière, thème fréquent).

Conservation et conversion de l'énergie

L'énergie ne se crée pas et ne se perd pas : elle se convertit d'une forme à une autre. Exemple : une lampe convertit l'énergie électrique en lumière (et en chaleur). Un barrage convertit l'énergie de l'eau en électricité.

Thème 4 — Des signaux pour observer et communiquer

Loi d'Ohm (électricité)

Pour une résistance, la tension $U$ (volts, V) et l'intensité $I$ (ampères, A) sont liées par :

$U = R \times I$

où $R$ est la résistance (ohms, $\Omega$).

Exemple : une résistance de 100 Ω traversée par un courant de 0,2 A. La tension est $U = 100 \times 0{,}2 = 20$ V.

Rappels de circuit :

• En série (un seul chemin), l'intensité est la même partout.
• En dérivation (plusieurs branches), la tension est la même aux bornes des composants en parallèle.

Les signaux (lumière et son)

• La lumière se propage en ligne droite, à très grande vitesse (~300 000 km/s).
• Le son est une vibration qui a besoin d'un milieu matériel (air, eau) pour se propager ; il ne se propage pas dans le vide. Sa vitesse dans l'air est d'environ 340 m/s.

Exercice-type avec corrigé (format brevet)

Énoncé

Une cycliste de masse 60 kg roule à la vitesse de 36 km/h.

1. Convertir cette vitesse en m/s.
2. Calculer son énergie cinétique.
3. Si elle roulait deux fois plus vite, par combien son énergie cinétique serait-elle multipliée ?

Corrigé

1. $36 \text{ km/h} = \dfrac{36}{3{,}6} = 10$ m/s. (Pour passer de km/h à m/s, on divise par 3,6.)

2. $E_c = \dfrac{1}{2} \times m \times v^2 = \dfrac{1}{2} \times 60 \times 10^2 = \dfrac{1}{2} \times 60 \times 100 = 3000$ J.

3. La vitesse est au carré dans la formule : si $v$ double, $E_c$ est multipliée par $2^2 =$ 4.

Pièges classiques à éviter

1. Confondre masse (kg) et poids (N) : la masse est constante, le poids dépend de la gravité.
2. Oublier le carré de la vitesse dans l'énergie cinétique.
3. Oublier les unités dans la réponse (un nombre sans unité = réponse incomplète).
4. Mauvaise conversion km/h ↔ m/s (diviser par 3,6 pour passer de km/h à m/s).
5. Croire que le son se propage dans le vide (il lui faut un milieu matériel).
6. Confondre transformation physique et chimique (la chimique crée de nouvelles substances).

Q&R pour le tuteur IA

Q : Quelle est la différence entre la masse et le poids ? R : La masse (en kilogrammes) mesure la quantité de matière d'un objet : elle est la même partout dans l'univers. Le poids (en newtons) est la force avec laquelle la Terre (ou un astre) attire cet objet : il dépend de la gravité, donc il change selon le lieu (plus faible sur la Lune). On les relie par $P = m \times g$, avec $g \approx 9{,}8$ N/kg sur Terre.

Q : Pourquoi un accident à 100 km/h est-il bien plus grave qu'à 50 km/h ? R : Parce que l'énergie cinétique dépend de la vitesse au carré : $E_c = \frac{1}{2} m v^2$. En doublant la vitesse (de 50 à 100 km/h), on multiplie l'énergie par $2^2 = 4$. L'énergie à dissiper lors du choc est donc quatre fois plus grande, d'où une gravité bien supérieure. C'est un argument clé de la sécurité routière.

Q : Comment utiliser la loi d'Ohm ? R : La loi d'Ohm relie tension, intensité et résistance : $U = R \times I$. Si tu connais deux de ces grandeurs, tu trouves la troisième. Pour la résistance : $R = \dfrac{U}{I}$. Pour l'intensité : $I = \dfrac{U}{R}$. Pense aux unités : $U$ en volts (V), $I$ en ampères (A), $R$ en ohms (Ω).

Q : Le son peut-il se propager dans l'espace ? R : Non. Le son est une vibration qui a besoin d'un milieu matériel (air, eau, solide) pour se propager. Dans le vide (comme l'espace), il n'y a pas de matière pour transmettre la vibration : le son ne s'y propage pas. La lumière, elle, se propage dans le vide (c'est pour ça qu'on voit les étoiles mais qu'on n'entend pas les explosions dans l'espace).