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PHYSIQUE TOUT-EN-UN POUR LA LICENCE

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Course
Tous sur le physique

Institution
Paris IV - Université Paris Sorbonne

Ce cours présente les bases incontournables de la Physique enseignée dans les deux premières années d'études supérieures (filières Physique, Sciences de la matière, Sciences de l'ingénieur). Le cours pédagogique est illustré par des exemples et des applications concrètes. Des exercices ...

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Number of pages 654
Written in 2021/2022
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cinématique du point
dynamique du point
fluides parfaits
frottement visqueux
thermodynamique
la physique pour comprendre la nature
mÉcanique terrestre et cÉleste
mÉcanique des solides indÉformables

Institution
Paris IV - Université Paris Sorbonne
Education
physique
Course
Tous sur le physique

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PHYSIQUE
TOUT-EN-UN POUR LA LICENCE

Cours, applications
et exercices corrigés

Sous la direction de
Laurent Gautron
Maître de conférences à l'université Paris-Est Marne-la-Vallée

Christophe Balland Laurence Ferrand-Tanaka
Maitre de conférences à l'université Paris Sud PRAG à l'université Paris-Est Marne-la-Vallée
Alain Angelié Laurent Cirio
Ingénieur physicien au CEA Maître de conférences à l'université Paris-Est
Marne-la-Vallée

Cyrille Sylvestre Yves Berthaud
PRAG à l'université Paris-Est Marne-la-Vallée Professeur à l'université Pierre et Marie Curie (UPMC)

Jean-Luc Battaglia Arnault Monavon
Professeur à l'université Bordeaux 1 Maître de conférences à l'université
Pierre et Marie Curie (UPMC)

Jean Denape Jean-Yves Paris
Professeur à l'Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tarbes Maître de conférences à l'Ecole Nationale
(ENIT) d'Ingénieurs de Tarbes (ENIT)

www.biblio-scientifique.net

, Illustration de couverture :
© 2009 ESA-CNES-ARIANESPACE
Photo optique vidéo CSG
Décollage d’une fusée Ariane 5

© Dunod, Paris, 2010
ISBN 978-2-10-055558-1

www.biblio-scientifique.net

, i

TABLE DES MATIÈRES

La Physique pour comprendre la nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 La physique et les questions sur le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 La physique science expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 La physique ou la nature « modélisée » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4 La physique et la relativité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5 Vers une physique unifiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6 Un Tout-en-un de physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

M ÉCANIQUE
CHAPITRE 1 • CINÉMATIQUE DU POINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.1 Repérage d’un point matériel dans l’espace et dans le temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.2 La vitesse du point matériel M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3 L’accélération du point matériel M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

CHAPITRE 2 • DYNAMIQUE DU POINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1 Principes de la Dynamique Newtonienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Travail et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

CHAPITRE 3 • MÉCANIQUE TERRESTRE ET CÉLESTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1 Changement de référentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2 Dynamique en référentiel non galiléen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3 Théorème du moment cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

CHAPITRE 4 • MÉCANIQUE DES SOLIDES INDÉFORMABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.1 Cinématique du solide indéformable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3 Liaisons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

III

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Table des matières

4.4 Statique des solides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.5 Dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

CHAPITRE 5 • FLUIDES PARFAITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.1 Statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.2 Cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.3 Dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.4 Théorèmes de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.5 Résultante des forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

CHAPITRE 6 • FROTTEMENT VISQUEUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.1 Écoulements laminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2 Écoulement en conduit rectiligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.3 Écoulements turbulents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

T HERMODYNAMIQUE
CHAPITRE 7 • SYSTÈMES THERMODYNAMIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
7.1 Notions de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
7.2 Température d’un corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7.3 Pression dans un fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.4 Les gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.5 Énergie et transfert d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.6 Validité des formules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

CHAPITRE 8 • LES DEUX PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.1 Le premier principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.2 Le second principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
8.3 Application aux gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.4 Les gaz réels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

IV

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