Mécanique classique

 Argument

Ce cours présente une introduction à la Physique classique.

Le principal mérite de cette Physique est de faire émerger les concepts clés qui sous-tendent la représentation intuitive que nous avons du monde, et de les organiser selon un schéma rationnel permettant de rendre compte d’un vaste ensemble de phénomènes, relevant de la Mécanique, et de prédire de manière quantitative le comportement de systèmes physiques divers.

À bien des égards, la Physique classique représente essentiellement une élucidation et un approfondissement de la structure logique, qualitative et quantitative, de notre représentation naturelle du monde physique. Son recours au langage mathématique ne fait que traduire l’importance que nous accordons spontanément à la notion de quantité, dans notre approche opérationnelle de la réalité physique, ainsi que l’importance des catégories géométriques que sont l’espace, le temps et la matière (associée à des « objets » localisés), dans notre lecture du monde et l’interprétation des diverses perceptions sensibles.

On peut qualifier de naïve cette architecture du monde, induite par les interactions ordinaires que nous avons avec notre environnement physique et par l’appropriation cognitive qui en découle. De fait, le développement de la Physique depuis le XIXe siècle a montré que les concepts clés d’espace, de temps et de matière devaient être entièrement révisés, et que l’univers physique avait une structure radicalement différente de celle que présuppose la Mécanique classique. Pour autant, cette Physique aujourd’hui périmée, dans ses objets comme dans ses fondements, reste pertinente dans un domaine très vaste de la réalité objective, et continue de nourrir de manière incontournable la Physique contemporaine.

C’est pourquoi son étude demeure utile, et même indispensable à quiconque souhaite se familiariser avec cette discipline connue sous le nom de « Physique » ou, mieux, de « Philosophie Naturelle ».

 Contenu : éléments du cours

• Cours de L1, dispensé au second semestre (voir plus bas pour le détail des cours et TD et les vidéos et documents associés)

Sommaire prévisionnel :

– Bases conceptuelles de la Physique classique : espace, temps, matière

– Cinématique

– Dynamique

– Travail et énergie

– Énergie cinétique, conservation de l’énergie, forces conservatives...

– Systèmes de points matériels

– Corps étendus, mouvement des solides

– Moments des forces

– Moments cinétiques

– Changements de référentiels et forces d’inertie

– Systèmes à deux corps et forces centrales

– Introduction aux systèmes macroscopiques

• TD (début : 1er février)

1. -S1: Référentiels, coordonnées, cinématique
   

2. -S2: Cinématique, dynamique
   

3. -S3: Dynamique, oscillateurs harmoniques
   

4. -S4: Énergie (1)
   

5. -S5: Énergie (2)
   

6. -S6: Systèmes, quantité de mouvement
   

7. -S7: Moment cinétique (1)
   

8. -S8: Moment cinétique (2)
   

9. -S9: Changements de référentiel, forces d’inertie
   

10. -S10: à définir
    

11. -S11: à définir
    

12. -S12: soutenance des projets
    

13. -S13: révision
    

• Colles (début : 8 février)

Chaque étudiant(e) participant au contrôle continu bénéficie de 4 séances de « colles ».
Durée : 1 heure, par groupe de 3 ou 4.

Les colles commencent par une « question de cours », rapide et ponctuelle, et se poursuit par la résolution d’un ou plusieurs exercices sur le sujet spécifique annoncé.

Colle 1: cinématique et dynamique

Colle 2: Énergie et conservation

Colle 3: Système de points matériels et quantité de mouvement

Colle 4: Corps solides étendus, moments cinétiques

 Outils interactifs, associés au cours

• Compte Twitter : @PH1ME2

J’ai mis en place un compte twitter spécialement pour ce cours, afin de transmettre des informations pratiques liées au cours, mais aussi des liens utiles, des rappels, des conseils, etc. Je conseille vivement à chacun de s’y abonner : c’est ici http://twitter.com/PH1ME2. Et si vous ne connaissez pas Twitter, il est urgent de vous y mettre ! ;-) Ouvrir un compte est extrêmement simple : il suffit d’une adresse email et de trois clics ici : http://twitter.com. Pour suivre le compte @PH1ME2, allez ici, cliquez sur « follow », et le tour est joué !

NB: twitter est un outil de micro-blogging communautaire : espérons que la communication ne se fera pas à sens-unique. Je twitterai sur le compte @PH1ME2, mais ce compte « suivra » aussi ceux qui le « suivent », et si nous nous « suivons » tous les uns les autres, les interactions seront plus riches et plus utiles...

Posez des questions, proposez des liens, indiquez des erreurs, exprimez des souhaits, faites des suggestions pour le cours ou les TD, postez des commentaires, des photos, etc. Bref, appropriez-vous l’outil et tâchons ensemble de trouver l’usage qui sera le plus utile à tous.

• Blog d’enseignement

Le blog d’enseignement inclus dans ce site vous est entièrement ouvert. Utilisez-le aussi largement que vous le souhaitez. Je posterai de temps en temps des informations ou des commentaires, mais vous pouvez aussi suggérer des thèmes, poser des questions, faire part de découvertes, d’interrogations, laisser des commentaires et interagir à votre guise (dans les limites de la « néthique », bien sûr).

• Formspring

L’outil « formspring » permet de poser des questions au sein d’un réseau social, et de constituer progressivement une base de donnée utile autour de thèmes très variés. J’y ai ouvert un compte, grâce auquel vous pouvez me poser des questions (anonymement ou avec votre identifiant formspring si vous en avez un) et suivre les réponses : http://www.formspring.me/parizot. Mais attention, je n’ai pas réponse à tout ! ;-) Vous pouvez aussi songer à ouvrir votre propre compte...

Poser une question via formsping, c’est aussi simple que... ceci :

 Détails du cours et documents

• Cours 1 (28 janvier 2010)

Début du chapitre 1 : « Cadre général de la Mécanique Classique : Cinématique et Dynamique »

Essais de vidéo (avec les moyens du bord, en attendant la mise en place de la chaîne de podcast de Paris Diderot) :

1. -introduction, infos pratiques : PH1ME2_introPratiques_EP.mov
   

2. -cours n°1 : vidéo intégrale (désolé pour la qualité médiocre) : PH1ME2_cours1_EP.mov.
   

NB: ces fichiers seront bientôt disponibles en streaming...

• Cours 2 (1er février 2010)

Suite du chapitre 1 : « Cadre général de la Mécanique Classique : Cinématique et Dynamique » :

- systèmes de coordonnées, vitesses...

La vidéo du cours est disponible avec une bande son souffrant, hélas !, de grésillements ou d’interférences, rendant l’écoute désagréable (désolé, je tatonne encore...) :

1. -cours n°2 : vidéo intégrale (son mauvais, écoute désagréable) : PH1ME2_cours2_EP.mov.
   

NB: ces fichiers seront bientôt disponibles en streaming... (merci de patienter)

• Cours 3 (4 février 2010)

Suite du chapitre 1 : « Cadre général de la Mécanique Classique : Cinématique et Dynamique » :

- fin de la cinématique : vitesses, accélérations, mouvement circulaire uniforme

1. -dynamique : loi d’inertie, référentiels galiléens, quantité de mouvement, force, relation fondamentale de la dynamique...
   

La vidéo du cours est disponible avec une bande son TRÈS mauvaise (désolé, j’espérais améliorer la situation, mais c’est pire que pour le cours précédent !). En fait, le cours est audible sans problème, mais il s’y superpose un écho grésillant monocorde TRÈS désagréable. Si quelqu’un connaît le moyen de corriger cette bande son par un traitement du signal approprié, merci de le faire savoir ! (Cela fait un excellent exercice de physique expérimentale, non ?). Néanmoins, la vidéo est utilisable pour qui souhaite se remémorer un passage ou éclaircir un commentaire ou un calcul qui serait passé un peu vite...

1. -cours n°3 : vidéo intégrale (son mauvais, écoute très désagréable) : PH1ME2_cours3_EP.mov.
   

• Cours 4 (8 février 2010)

Fin du chapitre 1 : « Cadre général de la Mécanique Classique : Cinématique et Dynamique » :

1. -interactions fondamentales et forces effectives (à l’échelle macroscopique), description de forces usuelles, exemples simples
   

- cours n°4 : vidéo intégrale, avec une qualité sonore acceptable, sauf pendant près d‘1/2 heure (de la minute 4’34’’ à la minute 31’10’’), où la bande son est totalement inaudible, pour une raison qui m’échappe entièrement : PH1ME2_cours4_EP.mov.

• Cours 5 (11 février 2010)

Début du chapitre 2 : « L’énergie »

- Notion de travail et d’énergie potentielle

1. -cours n°5 : vidéo intégrale (le son est enfin correct !) : PH1ME2_cours5_EP.mov.
   

• Cours 6 (15 février 2010)

Suite du chapitre 2 : « L’énergie »

1. -Énergie et vitesse : énergie cinétique, transfert d’énergie, théorème de l’énergie cinétique...
   

2. -cours n°6 : vidéo intégrale (le son est enfin correct !) : PH1ME2_cours6_EP.mov.
   

• Cours 7 (18 février 2010)

Suite du chapitre 2 : « L’énergie »

1. -Conservation de l’énergie, forces conservatives, forces dissipatives...
   

2. -cours n°7 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours7_EP.mov.
   

• Cours 8 (22 février 2010)

Suite et presque fin du chapitre 2 sur « L’énergie » :

- Conservation de l’énergie, “théorème de l’énergie potentielle”, énergie mécanique...

1. -cours n°8 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours8_EP.mov.
   

• Cours 9 (25 février 2010)

Fin du chapitre 2 sur « L’énergie » : Énergie : analyse graphique ; Puissance

Début du chapitre 3 : « Systèmes de points matériels »

1. -Paradigme mécaniste et réductionnisme ; systèmes de points matériels ; systèmes macroscopiques et relation fondamentale de la dynamique ; centre de masse ; quantité de mouvement totale
   

2. -cours n°9 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours9_EP.mov.
   

• Cours 10 (1 mars 2010)

Suite du chapitre 3 sur les « Systèmes de points matériels »

1. -Propriétés du centre de masse ~~> centre d’inertie ; Cinématique et dynamique d’un système de points matériels ; Conservation de la quantité de mouvement ; Élasticité et inélasticité ; Chocs et lois de conservation...
   

2. -cours n°10 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours10_EP.mov.
   

• Cours 11 (4 mars 2010) (Cours assuré par Charlotte Py)

Fin du chapitre 3 sur les « Systèmes de points matériels »

1. -Principe général de résolution des situations de chocs ; exemples génériques : choc inélastique à deux corps, choc élastique à deux corps de masse identique, choc élastique à deux corps dans le cas général...
   

2. -NB: pas de vidéo
   

• Cours 12 (8 mars 2010)

Début du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Cinématique d’un corps solide étendu, Rotation rigide, Équiprojectivité des vitesses, Rotation instantanée
   

2. -cours n°12 : vidéo intégrale : au choix :
   

3. - son avec souffle, d’intensité correcte : PH1ME2_cours12_EP.mov
   

4. - son sans souffle, mais de niveau faible PH1ME2_cours12_EP_bis.mov
   

• Cours 13 (11 mars 2010)

Suite du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Champ de vitesse dans un solide ; point d’application des forces ; « moments » des forces
   

2. -cours n°13 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours13_EP.mov.
   

• Cours 14 (15 mars 2010)

Suite du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Moments des forces, leviers, moment cinétique, théorème du moment cinétique
   

2. -cours n°14 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours14_EP.mov.
   

• Cours 15 (18 mars 2010)

Suite du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Conservation du moment cinétique ; Rotation autour d’un axe fixe ; Moment d’inertie ; Exemples ; Énergie cinétique de rotation...
   

2. -cours n°15 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours15_EP.mov.
   

• Cours 16 (22 mars 2010)

Suite du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Équilibre d’un solide ; Notion de couple ; Traitement général d’un problème mécanique ; Rôle spécifique et propriétés particulières du centre de masse ; Mouvement du centre de masse et mouvement dans le référentiel du centre de masse : Théorèmes de Koenig...
   

2. -cours n°16 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours16_EP.mov.
   

• Cours 17 (25 mars 2010)

Fin du chapitre 4 sur les « Rotations et moment cinétique »

1. -Points d’application des forces réparties en volume ou en surface
   

2. -Mouvement d’une toupie reposant sur un point fixe et en rotation propre rapide
   

3. -cours n°17 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours17_EP.mov.
   

• Cours 18 (29 mars 2010)

Début du chapitre 5 : « Mécanique en référentiel non galiléen »

1. -Changements de référentiels, relation entre les grandeurs cinématiques (vitesses et accélérations) relatives à des référentiels distincts
   

2. -accélérations et forces d’inertie : force d’inertie d’entraînement, force de Coriolis...
   

3. -cours n°18 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours18_EP.mov.
   

• Cours 19 (1er avril 2010)

Suite du chapitre 5 : « Mécanique en référentiel non galiléen »

1. -forces d’inertie, dynamique dans des référentiels non galiléens
   

2. -Exemples d’application : sustentation de Coriolis des poissons volants, force centrifuge, pesanteur et gravitation, chute libre et déviation vers l’est, méthode perturbative, itérations...
   

3. -cours n°19 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours19_EP.mov.
   

• Cours 20 (8 avril 2010)

Début du chapitre 6 : « Systèmes mécaniques à deux corps »

1. -Position du problème
   

2. -Formalisme général, « particule relative », masse réduite...
   

3. -cours n°20 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours20_EP.mov
   

• Cours 21 (12 avril 2010)

Début du chapitre 6 : « Systèmes mécaniques à deux corps »

1. -Résolution générale : mouvement angulaire, mouvement radial, trajectoire, barrière centrifuge
   

2. -Application au cas de la gravitation newtonnienne : coniques et trajectoires gravitationnelles
   

3. -cours n°21 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours21_EP.mov
   

• Cours 22 (15 avril 2010)

Fin du chapitre 6 : « Systèmes mécaniques à deux corps »

1. -Rappels sur les coniques ; Analyse générale des trajectoire gravitationnelles ; Représentation graphique ; Mouvement circulaire ; Trajectoirs elliptiques : apogée, périgée...
   

2. -cours n°22 : vidéo intégrale : PH1ME2_cours22_EP.mov
   

!!!! BONNES VACANCES À TOUS !!!! (et bonnes révisions ;-) )

 Notes de cours rédigées

NB: je n’ai pas encore pu rédiger l’ensemble du cours, mais voici les notes correspondant aux premiers cours...

- Chapitre 1: Cinématique et Dynamique : Cadre général de la Mécanique Classique : fichier pdf (incomplet)

- Chapitre 2: Travail et Énergie : fichier pdf (presque complet)

- Chapitre 3: Systèmes de points matériels : fichier pdf (presque complet)