CHAPITRE LES EFFETS D’UNE FORCE

Une force est toujours exercée par un objet A (l’acteur) sur un autre objet B (le récepteur).

Les effets se produisent sur l’objet B (le récepteur). La force se manifeste alors soit par des

effets dynamiques, soit par des effets statiques.

1. Effets dynamiques d’une force

1.1. Observation

Pour mettre en mouvement un corps A, modifier son mouvement (sa trajectoire) ou l’arrêter,

une force doit être appliquée par une personne ou par un autre objet B sur lui.

1.2. Interprétation

La force exercée par un objet A sur un objet B a pour effet de le mettre en mouvement ou de

modifier celui-ci. On dit dans ce cas que la force produit un effet dynamique.

1.3. Conclusion

Une force produit un effet dynamique lorsqu’elle est capable de mettre en mouvement un

corps ou de modifier son mouvement.

2. Effets statiques d’une force

2.1. Observations

Lorsqu’une personne s’assoie sur une chambre à air bien gonflée ou sur un bidon vide,

on constate que ses objets se déforment.

Une boite de craie ou un autre objet posé sur une table bien confortable est au repos ou

en équilibre c’est-à-dire ne tombe pas.

2.2. Interprétation

La chambre à air ou le bidon se déforme sous l’action du poids de la personne.

La boite de craie est en équilibre parce qu’elle subit de la part de la table une force

(réaction) qui est opposée au poids (action) de la boite et qui compense ces effets.

Dans les deux cas la force exercée produit un effet statique.

2.3. Conclusion

Une force produit un effet statique lorsqu’elle peut déformer un objet ou le maintenir en

équilibre.

CHAPITRE LE MOUVEMENT

1- Notion de mouvement

1.1. Relativité du mouvement

a) Observation

Une personne assise dans une voiture qui roule est en mouvement par rapport à un arbre

placé au sol puisqu’elle s’éloigne de cet arbre au fur et à mesure que le temps passe, mais au

repos par rapport au chauffeur ou à la coque de la voiture car tout le temps que la voiture va

rouler sa position restera la même.

b) Interprétation

Cet exemple montre clairement qu’il faut nécessairement définir un repère (objet fixe) pour

étudier correctement le mouvement d’un système ou d’un objet.

Ce repère est appelé référentiel.

1.2. Conclusion

Le mouvement est une notion relative parce qu’on le décrit toujours par rapport à un

référentiel.

2- Référentiel

Le référentiel est un objet ou un système supposé fixe, choisi comme repère pour décrire le

mouvement d’un corps.

Exemple : Un arbre dans l’exemple ci-dessus ; une maison ; une étoile.

3- Trajectoire

La trajectoire d’un mobile est la ligne décrite par ce mobile au cours de son mouvement.

Une trajectoire est :

Rectiligne lorsque la ligne décrite est une droite ;

Curviligne lorsque la ligne décrite est une courbe.

4- Les deux mouvements fondamentaux

4.1. Le mouvement de translation

4.1.1. Définition

Un solide est animé d’un mouvement de translation lorsque tout segment joignant deux points

quelconques de ce solide reste parallèle à lui-même.

4.1.2. Exemples

Déplacement d’une cabine d’ascenseur, d’un tiroir de bureau. Déplacement des différents

wagons d’un train.

Remarque

Une translation peut être rectiligne (tiroir de bureau) ou curviligne (wagon d’un train dans un

virage.

4.2. Le mouvement de rotation

4.2.1. Définition

Un solide est animé d’un mouvement de rotation lorsqu’il tourne autour d’un axe fixe appelé

axe de rotation. Tous les points du solide décrivent des trajectoires circulaires de même

centre.

Exemples

Mouvement des aiguilles d’une montre ; mouvement des hélices d’un hélicoptère ;

mouvement d’une porte autour de ses charnières.

5. Notion de Vitesse

5.1. Vitesse moyenne

5.1.1. Définition

La vitesse moyenne d’un mobile est le quotient de la distance d qu’il parcourt par le temps t

mis pour la parcourir. On la note V.

5.1.2. Unités

L’unité légale de la vitesse est le mètre par seconde ; symbole : m/s ou ms-1

.

L’unité pratique (usuelle) de la vitesse est le kilomètre par heure ; symbole : km/h ou kmh-1

.

On montre que :

5.1.3. Expression

Applications

Un athlète parcourt 100m en 9,77s.

1- Calcule sa vitesse moyenne en m/s.

2- Exprime cette vitesse en Km/h.

5.2. vitesse instantanée

La vitesse instantanée est la vitesse d’un mobile à chaque instant. Elle est indiquée par le

compteur de vitesse d’un véhicule. Sa valeur varie en général au cours d’un trajet.

Lorsque la vitesse instantanée d’un mobile augmente, son mouvement est

uniformément accéléré.

Lorsque la vitesse instantanée d’un mobile est constante, son mouvement est

uniforme.

Lorsque la vitesse instantanée d’un mobile diminue, son mouvement est uniformément

décéléré ou retardé.

5.3. Vitesse de rotation

5.3.1. Définition

La vitesse de rotation d’un solide est le quotient du nombre de tours effectués pendant la

rotation par le temps mis pour effectuer cette rotation. On la note N.

5.3.2. Unité

L’unité de la vitesse de rotation est le tour par seconde. Symbole : tr/s ou tr.s-1

.

5.3.3. Expression

5.4. vitesse linéaire

5.4.1. Distance parcourue par un solide en rotation :

La distance parcourue par un solide en rotation est donnée par la relation suivante :

Application

Une roue de diamètre O, 2 m effectue 100 tours pendant sa rotation.

Calcule la distance parcourue par la roue.

Solution :

D = 0,2 m ; n = 100 tr

Je calcule la distance parcourue par la

m tr

m

AN : d = 3,14 x 0,2 x 100 = 62,8m

5.4.1. Expression de la vitesse linéaire :

Ou

Application :

Une roue de rayon 70cm tourne à la vitesse de 4tr/s.

Calcule sa vitesse linéaire.

Solution:

R = 70 cm ; N = 4tr/s

Je calcule la vitesse linéaire.

J’exprime le rayon en mètre

A N : V = 2 x 3,14 x0,7 x 4

5.5. vitesse angulaire

5.5.1. Définition

La vitesse angulaire est le quotient de l’angle balayé par un solide en rotation par le temps de

balayage. On la note 𝜔.

5.5.1. Unité

L’unité légale de la vitesse angulaire est le radian par seconde. Symbole rad/s ou rad s-1

5.5.2. Expression

d = 62, 8m

mmmmmm

mmmmmm

mmmmmm

Application

La valeur de l’angle balayé par le rayon d’un plateau en 3min est 25 radians. Calcule sa

vitesse angulaire.

Solution

Je calcule la vitesse angulaire

CHAPITRE TRAVAIL ET PUISSANCE MECANIQUES

1) Travail d’une force

1.1) Notion de travail

1.1.1) Observation

Un objet soumis à l’action d’une force dont le point d’application se déplace peut:

Etre mis en mouvement (Exemple : un enfant tire à l’aide d’une corde son jouet)

exerce sur le jouet.

Changer l’altitude ou être élevé en hauteur (Exemple : une grue qui soulève une

charge).

On dit dans ces conditions que la force appliquée sur l’objet effectue un travail.

1.1.2) Conclusion

Une force dont le point d’application se déplace : on dit que cette force produit un travail. Une

force travail lorsque son point d’application se déplace dans sa propre direction.

NB : le travail effectué par une force sur un objet dépend à la fois de la force appliqué sur

l’objet et de la distance parcourue.

1.2) Travail d’une force constante sur un déplacement rectiligne :

1.2.1) Définition

On appelle travail d’une force le produit de l’intensité de cette force par la longueur du

déplacement de son point d’application. Le symbole du travail est W.

1.2.2) Unité du travail

Dans le système international S.I, le travail d’une force s’exprime en joule (J)

1 KJ = 1000J

1.3) Travail du poids d’un corps

Remarque

Le travail d’une force peut être moteur ou résistant

Le travail est moteur lorsque la force appliquée contribue au déplacement.

1.4) Travail d’une force dans une rotation

1.4.1) Moment d’une force par rapport à un axe

1.4.1.1) Expression

Le moment d’une force F par rapport à l’axe de rotation (∆) est le produit F. R donné par

l’expression :

1.4.1.2) Unité

Le moment d’une force s’exprime en newton fois mètre (N.m).

1.4.2) Travail dans une rotation

2) Puissance d’une force

2.1) Notion de puissance

2.1.1) Observation

Deux hommes H1 et H2 sont soumis à une épreuve qui consiste à faire déplacer une charge de

150 kg dans une brouette sur une distance de 20 m. on constate que H2 accomplit son travail

en peu de temps par rapport à l’autre ; l’on dit alors que H2 est plus puissant que H1.

2.1.2) Conclusion

La puissance mécanique représente la capacité d’un système à produire un travail en un temps

donné.

2.2) Expression de la puissance

2.2.1) Dans une translation

2.2.2) Dans une rotation

2.3) Unité de puissance

Dans le système international S.I, la puissance s’exprime en watt de symbole W. ses multiples

sont :

Kilowatt(KW) : 1KW = 103 W

Mégawatt(MW) : 1MW = 106 W

CHAPITRE TRANSMISSION D’UNE FORCE ET D’UNE PUISSANCE

1) Transmission dans une bicyclette

1.1) Organe de transmission

Une bicyclette comprend les organes de transmission ci- après :

L’ensemble pédalier (entrée) : pédales, manivelles, plateau(x) et dérailleur avant

(éventuellement).

L’ensemble roue arrière (sortie) : roue libre ou pignon(s) et dérailleur arrière

(éventuellement).

La chaîne.

1.2) Schéma de la transmission

1.3) Transmission du mouvement

1.3.1) Loi de transmission

La loi de transmission du mouvement dans une bicyclette se traduit par la relation ci-après :

Avec :

Ne : Vitesse de rotation du pédalier

Ze : Nombre de dents du plateau

Ns : Vitesse de rotation de la roue libre

Zs : Nombre des dents du pignon.

1.3.2) Rapport de transmission

On appelle rapport de transmission ou braquet, le quotient du nombre de dents du pédalier par

celui de la roue.

1.4) Transmission des efforts

Dans une bicyclette, le couple de sortie Cs appliqué à la roue libre est égal au couple d’entrée

Ce appliqué au pédalier divisé par le braquet.

1.5) Rôle du dérailleur

Il permet au cycliste, en changeant la valeur du braquet d’adapter ses efforts et sa vitesse aux

conditions du parcours.

2) Machine simple

2.1) Schéma descriptif d’une poulie

2.2) Définition et rôle d’une poulie

Une poulie est une roue pourvue sur son pourtour d’un creux (la gorge). Elle permet de

soulever des charges à l’aide d’une corde ou d’un câble passant à travers sa gorge.

2.3) Transmission de la force

2.3.1) Cas d’une poulie fixe ou simple

Schéma du dispositif et bilan des forces.

Condition d’équilibre :

Nous montrons qu’à l’équilibre ou dans un mouvement régulier on a :

2.3.2) Cas d’une poulie mobile ou renversée

Schéma du dispositif

Condition d’équilibre :

2.4) Travail d’entrée – travail de sortie

2.4.1) Travail d’entrée :

C’est celui effectué par une force d’entrée

2.4.2) Travail de sortie

2.5) Puissance d’entrée et de sortie

2.5.1) Puissance d’entrée

2.5.2) Puissance de sortie

N.B : Les deux puissances s’accomplissent en même temps.

2.6) Rendement d’une machine

Il est égal au quotient du travail de sortie par le travail d’entrée ou de la puissance de sortie

par la puissance d’entrée.

N.B : le rendement n’a pas d’unité et est toujours inférieur à 1 à cause des frottements.

3) Autres machines simples

Treuil, Poulie à deux gorges, Palan, Levier…

CHAPITRE DIFFERENTES FORMES D’ENERGIE

1- Généralités

La transformation de la matière, la production du travail mécanique nécessite de l’énergie.

Définition

L’énergie est la capacité qu’a un corps de créer une force capable de fournir du travail.

Toutefois il faut de l’énergie pour transformer un corps. L’unité de l’énergie est le joule de

symbole (J).

2- L’énergie mécanique

L’énergie mécanique EM d’un système est égale à la somme de son énergie cinétique (EC) et

de son énergie potentielle (EP).

2.1- Energie cinétique

C’est l’énergie que possède un corps de m animé d’une vitesse V.

Constat : une moto qui se déplace possède du fait de sa vitesse une énergie appelée énergie

cinétique.

2.2- Energie potentielle de pesanteur

C’est l’énergie que possède un corps situé à une hauteur h du sol.

Constat : Tout corps placé à une hauteur du sol possède du fait de son poids une énergie

appelée énergie potentielle.

L’énergie potentielle c’est l’énergie que possède un corps du fit de sa position élevée.

Pour un corps pose au sol, h = 0 alors, Ep = 0

Un corps possède de l’énergie lorsqu’il est capable d’effectuer un travail.

Application

Un corps de masse 25 kg se trouve à 5 m du sol et est animé d’une vitesse de 3,2 m/s.

calcule :

a) Son énergie cinétique

b) Son énergie potentielle

c) Son énergie mécanique

Solution

3- Autres formes d’énergies

L’énergie se présente sous les formes diverses.

3.1- Energie électrique

C’est l’énergie qui permet le fonctionnement des appareils électriques.

3.2- Energie thermique

C’est l’énergie reçue par un corps chauffé.

3.3- Energie chimique

C’est l’énergie libérée par des réactifs au cours des réactions chimiques.

3.4- Energie lumineuse

C’est l’énergie émise par un corps éclairé.

3.5- Energie éolienne

C’est l’énergie produite par le vent.

Exercice

Un athlète du saut en hauteur court à une vitesse de 10m/s ; sa masse est de 80kg.

a) Calcule son énergie cinétique. A l’aide de sa perche, il s’élève à 5m de hauteur.

b) Calcule son énergie potentielle à cette hauteur ;

c) Indique la transformation d’énergie qui a lieu ;

d) Calcule la vitesse à l’arrive au sol. On donne g = 10N/kg.

Solution

CHAPITRE LES SOURCES D’ENERGIE

1- Définition

On appelle source d’énergie, un système capable de produire de l’énergie.

Exemples : l’eau ; le vent ; le pétrole…

2- Différents sortes de sources d’énergie

On distingue deux sortes de sources d’énergie : les sources d’énergies épuisables ou non

renouvelables et les sources d’énergies inépuisables ou renouvelables.

a) Sources d’énergie épuisables

Ce sont des sources d’énergie qui s’épuisent après un temps d’utilisation.

Exemples : pétrole, charbons, gaz naturel, noyau de certains atomes.

b) Sources d’énergie inépuisables ou renouvelables

Ce sont des sources d’énergie qui ne s’épuisent pas durant leur utilisation.

Exemples : l’eau, le vent, le soleil, la géothermie, le biogaz…

3- Relation entre les différentes formes d’énergie

La relation entre les différentes formes d’énergie aboutit au transfert d’énergie.

Le transfert d’énergie est le passage d’une forme d’énergie à une autre forme.

Exemple :

Ventilateur : énergie électrique en énergie mécanique

Alternateur : énergie mécanique en énergie chimique

Pile : énergie chimique en énergie thermique

Fer à repasser électrique : énergie électrique en énergie thermique.

4- Importance de l’énergie mécanique

L’énergie mécanique permet :

Le fonctionnement des turbines au niveau des centrales électriques où l’eau qui tombe

en chute libre entraine des rotors soudés aux turbines en mouvement de rotation qui

produit de l’électricité au niveau des alternateurs.

La propulsion des voitures, des avions, des automobiles grâce à l’énergie mécanique

nécessaire permettant à leur moteur d’avancer.

CHAPITRE LE MOTEUR A PISTON

Le moteur à piston est un moteur qui transforme l’énergie thermique fournie par la

combustion du carburant en énergie mécanique.

Exemple : les moteurs à piston qui équipent les voitures, les cyclomoteurs.

1) Principaux organes d’un moteur à piston

Ce sont :

a) Le cylindre : c’est le tube arrondi dans lequel se déplace le piston.

b) Le piston : c’est une paroi mobile du cylindre sur la quelle agit la pression.

c) Le vilebrequin : c’est l’organe qui assure la transmission du mouvement de rotation à

l’ensemble du moteur.

d) La bielle : c’est la tige rigide qui relie le piston au vilebrequin.

e) Les soupapes : ce sont des obturateurs qui règlent l’entrée dans le cylindre des gaz

frais et la sortie des gaz brulés.

f) Les segments : ils se présentent sous formes d’anneaux et empêchent la fuite des gaz

dans le cylindre.

g) La bougie : c’est un organe d’allumage qu’on ne trouve que dans les moteurs à

essences.

h) Le système bielle-manivelle : c’est un dispositif qui assure le mouvement de rotation

du vilebrequin et le mouvement de translation rectiligne du piston.

2) Principe de fonctionnement d’un moteur à piston

2.1) Cycle du moteur à quatre temps

Premier temps : Admission

La soupape d’admission est ouverte, celle d’échappement fermée. Le piston descend, entrainé

par l’énergie cinétique de vilebrequin et du volant, en aspirant le mélange (air + essence).

Deuxième temps : Echappement

Les deux soupapes sont fermées, le piston remonte et comprime le mélange gazeux.

Troisième temps : Explosion- détente

Les deux soupapes sont toujours fermées. La bougie produit une étincelle qui enflamme le

mélange, l’élévation de la température et de la pression repoussent le piston au point mort le

plus bas (PMB) c’est le point mort.

Quatrième temps : Echappement

La soupape d’échappement s’ouvre seule pour chasser les gaz brûlés.

Remarque :

Le vilebrequin fait deux tours ; chaque temps fait un demi-tour.

Le piston fait quatre tours.

La régularité du mouvement est obtenue grâce à l’énergie cinétique du volant.

2.2) Cycle d’un moteur à deux temps

Le moteur à deux temps n’a pas de soupape, il possède deux orifices appelées orifice

d’admission et d’échappement.

Le premier temps : admission et compression

Le piston remonte, l’orifice d’échappement se ferme.

Deuxième temps : explosion- détente et échappement

Le piston est alors chassé vers le bas et les gaz brulés sont évacués par l’orifice

d’échappement.

Remarque :

Dans un moteur à deux temps,

Le vilebrequin fait un tour

Le piston fait deux tours

3) Moteur diésel

Dans ce moteur, il n’y ni bougie, ni carburateur. Il possède à la place un injecteur et une

pompe d’injection. Ce moteur utilise un carburant lourd : le gasoil.

a) Avantage

Il présente un rendement meilleur

Un carburant moins cher et moins raffiné

Il est plus économique

b) Inconvénient

Il est plus cher

Il est plus lourd

Il est plus encombrant

4) La pompe

Un moteur diésel fonctionne comme suit :

Il n’aspire que l’air

L’air aspiré est comprimé et porté à des pressions et des températures très élevées

(600°C).

Le carburant n’est introduit dans le cylindre qu’au début du 3e temps par une pompe et

un injecteur qui assure sa pulvérisation dans le cylindre.

Souvent l’inflammation étant de l’ordre de 300°c, il s’enflamme spontanément sans

étincelles.

5) Rendement d’un moteur

C’est le quotient de la puissance recueillie sur l’arbre (Ps) par la puissance thermique fournie

par la combustion du carburant (Pe).

Application

La force motrice appliquée à une voiture effectue en une heure un travail de 36.105J dans le

même temps le moteur consomme 270g d’essence. Calcule :

a) La puissance disponible sur l’arbre moteur ;

b) La puissance thermique fournie par la combustion du carburant sachant que la combustion

d’un gramme d’essence libère 53kj.

c) Le rendement de ce moteur.

Solution

CHAPITRE RELATION ENTRE DIFFERENTES FORMES D’ENERGIE

1) Description de l’expérience et observation

Lorsque l’interrupteur est fermé, on constate que le moteur et le dynamo tournent et la lampe

s’allume.

2) Interprétation

2.1) Rôle des différentes parties

Pile : elle produit le courant électrique qui fait tourner le moteur.

Moteur : il entraine la dynamo.

Lampe : elle produit la lumière et la chaleur.

2 .2) Différentes formes d’énergies mise en jeu :

Pile : énergie chimique ;

Dynamo et moteur : énergie mécanique ;

Lampe : énergie thermique.

2.3) Chaine énergétique du système

Dans une chaine énergétique fournie au début subit des transformations à l’intérieur de

chaque système rencontré : on dit qu’il y a transfert d’énergie.

2.3.1) Transfert d’énergie

Un transfert d’énergie est le passage d’une forme d’énergie à une autre forme.

2.3.2) Chaine énergétique

Une chaine énergétique est l’ensemble de transfert d’énergie qui se produit dans un système.

L’énergie ne peut être ni détruite ni créée mais simplement transformée.

CHAPITRE COURANT ELECTRIQUE DANS LES METAUX

1- Interprétation de la conductibilité électrique des métaux

Les métaux possèdent des électrons non liés aux noyaux appelés électrons libres.

Ces électrons libres se déplacent d’un atome à l’autre dans toutes les directions. C’est ce qui

explique le fait que les métaux soient des conducteurs électriques.

2- Nature du courant électrique dans les métaux

Les métaux possèdent des électrons non liés. Le courant électrique dans les métaux est un

déplacement des électrons libres (non liés aux noyaux) lorsqu’ils sont liés aux bornes d’un

générateur.

Remarque :

Le générateur ne crée pas des électrons mais, il assure la circulation des électrons dans le

circuit.

3- Conducteurs et isolants électriques

a) Conducteurs électriques

Un conducteur électrique est un corps qui permet le passage du courant électrique.

Exemple : les métaux

b) Isolants électriques

Un isolant électrique est un corps qui ne permet pas le passage du courant électrique.

Exemples : le verre, le bois sec, …

CHAPITRE TENSION CONTINUE – TENSION ALTERNATIVE

1- Tension continue

1-1) Expérience

Soient les courbes ci-dessus données par les écrans des oscilloscopes 1 et 2

1-2) Observation

Lorsque les bornes d’une pile (générateur du courant continu) sont reliées) un oscilloscope, la

courbe observée est une droite horizontale. Elle caractérise la tension continue. Une tension

continue est une tension qui ne change pas.

Tension alternative

Lorsque les bornes d’un alternateur (générateur du courant alternatif) sont reliées à un

oscilloscope, la courbe observée sur l’écran oscille, c’est à dire alterne entre les valeurs

positives et négatives de la tension (axe des ordonnées). Elle caractérise la tension alternative.

Conclusion

Une tension continue est une tension qui garde une valeur constante au cours du

temps. Elle est toujours maintenue constante par un générateur

Une tension alternative est celle qui prend alternativement des valeurs positives et

négatives entre deux valeurs extrêmes.

Remarque

Si les valeurs extrêmes de l’amplitude de tension restent constantes au cours du temps c'est-à-

dire varient régulièrement la tension alternative est sinusoïdale.

Mode de production d’une tension alternative

La tension alternative est produite par des générateurs appelés alternateurs.

Exemple : dynamo, alternateur des centrales électriques.

Caractéristique d’une tension alternative

Cette courbe représente une tension alternative sinusoïdale qui a pour caractéristique la

période, la fréquence et la valeur maximale.

La période T

C’est la durée entre deux alternances consécutives. Elle s’exprime en seconde.

Fréquence

La fréquence est le nombre de période par seconde (ou c’est l’inverse de la période). Elle

s’exprime en hertz de symbole Hz.

La valeur maximale de la tension Um

C’est la valeur aux sommets de la courbe. Elle peut être appelée amplitude de tension.

N.B : En pratique

Valeur efficace Ueff

Elle correspond à la tension continue qui produirait les mêmes effets thermiques sur le même

appareil.

Elle se mesure avec un voltmètre. Pour une tension alternative sinusoïdale on a :

CHAPITRE DETERMINATION DE LA TENSION ELECTRIQUE EN

COURANT CONTINU

1) Notion de la tension électrique

La tension électrique est la différence d’état électrique entre deux les bornes d’un générateur

ou deux point d’un circuit. Elle est responsable de la circulation des électrons dans le circuit.

2) Mesure d’une tension électrique

2.1) Appareil de mesure

L’appareil utilisé est le voltmètre ou multimètre en fer de symbole :

Il est toujours monté en dérivation aux bornes d’un appareil électrique.

2.2) Unité

L’unité légale de la tension électrique est le volt (V).

2.3) Montage

Un voltmètre se monte toujours en dérivation, jamais en série.

3) Loi de tension

3.1) Cas d’un circuit en série

Lorsque les appareils sont montés en série, la tension aux bornes de l’ensemble des appareils

est égale à la somme des tensions mesurées aux bornes de chaque appareil.

3.2) Cas d’un circuit en dérivation

Lorsque les appareils électriques sont montés en dérivation, la tension aux bornes de

l’ensemble des appareils st égale à la tension mesurée aux bornes de chaque appareil.

CHAPITRE DETERMINATION DE L’INTENSITE ELECTRIQUE EN

COURANT CONTINU

1- Notion d’intensité électrique

1.1- Expériences

Lorsqu’on alimente une lampe avec une pile usée et une autre identique avec une pile neuve.

1.2- Contact

On constate qu’avec une pile usée, la pile brille moins alors qu’avec une pile neuve, la lampe

brille plus vivement.

1.3- Interprétation

Avec une pile neuve, le début des électrons est important et le courant est intense par contre

avec une pile usée, le début des électrons est faible et le courant moins intense. Le courant

électrique traversant une lampe a pour effet de lui émettre de la lumière. Pour cela, lorsque le

courant est moins intense, son effet est moins important inversement.

1.4- Conclusion

C’est l’intensité qui caractérise le courant le courant électrique qui du point de vue

électronique, correspond au début d’électron en un point du circuit.

2- Mesure de l’intensité

2.1- Appareil de mesure

On mesure l’intensité du courant avec l’ampèremètre de symbole

2.2- Montage

L’ampèremètre se monte toujours en série, dans un circuit.

3- Lois des intensités

3.1- Cas d’un circuit en série

Lorsque les appareils sont montés en série, dans un circuit, ils sont traversés par la même

intensité.

3.2- Cas d’un circuit en dérivation

Lorsque les appareils sont montés en dérivation dans un circuit, l’intensité du courant

électrique principale est égale à la somme des intensités des courants dérivés.

CHAPITRE DETERMINATION DE LA RESISTANCE ELECTRIQUE

Notion de résistance

Description de l’expérience

Schéma

La résistance électrique d’un matériau est sa capacité à s’opposer plus ou moins au passage du

courant électrique.

Unité de résistance

L’unité de la résistance électrique est l’Ohm de symbole Ω.

Tout conducteur ohmique est caractérisé par sa résistance électrique notée :

Loi d’ohm

Montage expérimentale et résultat

En réalisant le montage ci-dessus comportant un générateur à tension variable, on obtenu les

résultats suivantes :

2.2) Tracé de la courbe

Montrons ces résultats sur un graphe où U est en ordonnées et I en abscisse à l’échelle :

Schéma

2.3) Interprétation

La caractéristique obtenue est une droite passant par l’origine des axes. Cette caractéristique

montre que la tension aux bornes d’une résistance est proportionnelle à l’intensité du courant

qui la traverse.

2.3 Enoncé de la loi

La tension U au borne d’une résistance de valeur R est &gale au produit de R par l’intensité I

du courant qui la traverse.

Remarque : Tous les dipôles obéissant à cette loi sont appelés conducteurs ohmiques.

Exemple : les résistances marquées avec les anneaux de compteur dans les postes radios.

3) Mesure d’une résistance

Elle se fait à l’aide d’un ohm mètre ou d’un multimètre.

3.1) Méthode ampère- voltmètre

Cette méthode consiste à mesurer l’intensité I puis la tension U.

3.2) Utilisation de l’ohmmètre

L’ohmmètre permet de mesurer directement la résistance en dehors de tout circuit.

4) Loi de résistance

4.1) Cas des résistances en série

En série, la résistance équivalente est égale à la somme des résistances montées en série.

N.B : lorsque les résistances sont montées en série, la résistance équivalente est plus grande

que R1 etR2.

4.2) Cas des résistances en dérivation

En dérivation, la résistance équivalente est égale à la somme des inverses des résistances

montées en série.

N.B : lorsque les résistances sont montées en dérivation, la résistance équivalente est plus

petite que les résistances R1 etR2.

CHAPITRE PUISSANCE ET ENERGIE ELECTRIQUE

Caractéristique nominales

En observant tout appareil électrique, on lit au moins deux inscriptions.

Par exemple on peut lire sur une lampe électrique les indications 220V – 60W

La première indication (220V), indique la tension normale d’utilisation ou tension

nominale.

La seconde (60V), indique la puissance électrique reçue par la lampe en fonction

normal ou puissance nominale.

Remarque : lorsque la tension fournie est supérieure à la tension nominale, on risque de

détériorer l’appareil. Lorsqu’elle est plus faible, l’appareil ne fonctionne pas.

Unité de puissance

L’unité de puissance est le Watt de symbole W.

Conclusion : la puissance nominale d’un appareil est la puissance électrique consommée par

cet appareil lorsqu’il est soumis à sa tension nominale.

Puissance consommée par un appareil

Cas d’un appareil

Elle est égale au produit de la tension nominale U qui existe entre les bornes de l’appareil par

l’intensité I qui le traverse.

Montage expérimentale

En réalité l’expérience schématisée par le montage ci- dessous, on a les résultats.

Constat : la valeur du produit Uˣ I = puissance nominale

Définition

La puissance consommée par un appareil fonctionnant en courant continu est égale au produit

de l’intensité I qui le traverse par la tension U qui existe entre les bornes.

Puissance consommée dans une installation

La puissance électrique consommée dans une installation est égale à la somme des puissances

des appareils qui fonctionnent au même moment.

Energie électrique

Energie consommée par un appareil notée E

Définition : c’est le produit de la puissance P consommée par l’appareil par le temps t de

fonctionnement.

Unité de l’énergie :

Le joule est l’unité légale de l’énergie électrique. Cependant, on peut utiliser le wattheure de

symbole Wh comme unité usuelle.

Relation de conversion

1Wh = 1W ˣ 1h; or 1h = 3600s alors 1W = 1Wh ˣ 3600s

1Wh = 3600J et 1 KWh = 1000Wh

Energie consommée par un appareil de chauffage

Cette énergie est intégralement transformée en chaleur :

Exemples d’appareils de chauffage

Le thermoplongeur (chauffe- eau) ; le fer à repasser…

Pour l’eau : C = 4180 J/kg/°C.

Energie consommée dans une installation

Le compteur électrique mesure l’énergie totale consommée dans une installation.

C : constante du compteur ;

n : nombre de tours effectués par le disque du compteur.

CHAPITRE TRANSFORMATEURS ET RECHERSSEURS

I- Transformateurs

1) Fonctionnement

Un transformateur transforme une tension alternative en une autre tension alternative de

valeur efficace différente, de fréquence.

2) Constitution d’un transformateur

Il comprend deux enroulements isolés l’un de l’autre bobiné sur un noyau entouré d’un cadre

fait de tôles de fer empilé.

L’enroulement qui reçoit la tension à transformer est appelé enroulement primaire et celui qui

délivre tension transformée est enroulement secondaire (sortie).

Symbole normalisé

Symbole normalisé d’un transformateur.

3) Fonctionnement d’un transformateur

3.1) Montage expérimental

Il ne fonctionne qu’en courant alternatif, jamais en courant continu.

U1 : tension à transformer ou tension d’entrée ;

U2 : tension transformée ou tension de sortie ;

n1 : nombre de spires de l’enroulement primaire ;

n2 : nombre de spires de l’enroulement secondaire.

En conclusion, un transformateur est caractérisé par son rapport de transformation K qui

dépend du nombre de spires de chaque enroulement.

Remarque

II- Redresseurs

1) Définition

C’est un dispositif qui transforme une tension alternative en une tension redressée non

alternatif.

Exemples de redresseurs :

Redresseurs des adaptateurs de téléphones portables (chargeurs).

Constitution d’un redresseur.

Il est composé d’une ou de plusieurs diodes.

Une diode est un dipôle qui ne laisse passer le courant que dans un sens.

Symbole d’une diode

2) Rôle d’un redresseur

2.1) Description de l’expérience

En intercalant le redresseur entre la source du courant alternatif et l’oscilloscope, on constate

que toute la courbe est située d’un côté de l’axe horizontal. Cette courbe caractérise une

tension redressée.

2.2) Conclusion

Un redresseur est un dispositif qui permet de transformer une tension alternative en tension

redressée non alternative. Il permet d’abaisser ou d’élever une tension alternative sans

changer de fréquence.

Exemple : Chargeur de batterie.

CHAPITRE UTILITE SOCIALE DE L’ELECTRICITE

Cette utilité sociale n’est plus à démontrer pour l’homme moderne. Cet homme qui est le

grand transformateur d’énergie l’utilise pour :

L’éclairage public et domestique ;

Faire fonctionner les appareils domestiques ;

La production de l’énergie dans les industries.

CHAPITRE APPAREILS D’OPTIQUES

1) Exemples d’appareils d’optiques

La loupe

Le miroir plan

Les lentilles

L’appareil photo

2) Les lentilles

2-1) Définition

Une lentille est un milieu transparent en verre ou en plastique, limité par deux surfaces dont

l’une au moins est sphérique.

2-2) Classification

Il existe deux sortes de lentilles à savoir les lentilles divergentes et les lentilles convergentes.

a) Les lentilles divergentes

Ce sont des lentilles qui ont des bords épais et un centre mince.

b) Lentilles convergentes

Ce sont des lentilles à bords minces et à centre épais.

3) Caractéristiques des lentilles convergentes

3-1) Expérience

Lorsqu’on place une lentille convergente face au soleil, le faisceau lumineux du soleil ressort

de la lentille en convergeant vers une tache très petite et brillante : c’est le foyer de la lentille.

Lorsqu’on place l’autre face de la lentille, on obtient une tache au même endroit. Une lentille

a donc deux foyers.

3-2) Une lentille convergente transforme un faisceau de rayon lumineux en un faisceau

convergent.

De cette expérience, on déduit d’une lentille convergente les caractéristiques suivantes :

Le foyer objet F situé du côté où entre la lumière et le foyer image F’ situé du côté où

sort la lumière. Les deux foyers sont symétriques par rapport de la lentille appelé

centre optique.

L’axe optique est une droite qui passe par le centre optique et les foyers de la lentille.

Il est perpendiculaire au plan de la lentille.

Le centre optique est le centre de la lentille situé sur l’axe optique.

3-3) Distance focale et vergence

a) Distance focale

La distance focale c’est la distance entre un foyer et le centre optique. On note f et on

l’exprime en mètre (m). f = OF = OF’

b) La vergence

La vergence est l’inverse de la distance focale. On la note C et on l’exprime en dioptrie ()

Application

Une lentille convergente a une vergence égale à 5 dioptries.

a) Calcule sa distance focale en cm.

On place un objet étendu de 10 cm de hauteur à 40cm de la lentille.

b) Construis l’image donnée par la lentille à l’échelle

c) Quelle est la nature de cette image ?

5) Image donnée par une loupe

5-1) Construction

Construisons l’image A’B

’ d’un objet AB étendu placé entre le foyer objet et le centre optique

de la loupe.

5-2) Caractéristique de l’image

Par construction, l’image A’ B

’ de l’objet AB est une droite et est plus grande que l’objet. Elle

est virtuelle.

Remarque : une image est virtuelle lorsque l’œil la localise à la rencontre du prolongement

des rayons. Elle ne peut pas être recueillie sur l’écran.

5-3) Grandissement d’une loupe

Il indique combien de fois combien de fois l’objet vu à la loupe apparait plus gros qu’à l’œil

nu.

5-4) Grossissement commercial

Le grossissement commercial de la loupe est égal au quart de sa vergence.

Exercice d’application

1- Calcule le grossissement d’une loupe dont la vergence est de 50 dioptries.

2- Construit l’image d’un objet étendu AB de hauteur h = 10 cm situé à 20 cm d’une lentille

convergente (loupe) et dont la distance focale est f = 30 cm.

Solution

Calculons le grossissement commercial de la loupe

Construction de l’image (voir cours)

Schéma

6) Rôle de la lentille

La lentille a pour rôle de faire converger sur l’écran les rayons lumineux afin de rendre

l’image plus lumineuse et plus nette.

Cette image est localisée par une position bien définie de l’écran.

CHAPITRE CONSTRUCTION GEOMETRIQUE DES IMAGES

I) Marche de rayon

I-1) Rayon lumineux incident parallèle à l’axe optique

Un rayon qui entre dans la lentille parallèlement à l’axe optique émerge en passant par le

foyer image.

I-2) Rayon lumineux incident passant par le foyer-objet

Un rayon incident qui entre dans une lentille en passant par le foyer-objet émerge

parallèlement à l’axe optique.

I-3) Rayon passant par le centre

Un rayon qui passe par le centre optique n’est pas dévié.

I-4) Image d’un point

Le tracé de deux rayons et leur intersection suffit à déterminer l’image A’ d’un point ∆.

a) Deux rayons incidents sont issus de A : les est parallèle à l’axe et l’autre passe par le foyer

objet.

b) Deux rayons incidents sont issus de B, l’un est parallèle à l’axe et l’autre passe par le

centre.

c) Deux rayons incidents sont issus de A, l’un passe par le centre optique et l’autre passe par

le foyer objet.

I-5) Image d’un objet

Par une des méthodes précédentes, on construit les images A’ et B’ des points A et B.

Cas : OA > 2f : l’image est plus petite que l’objet

Cas : OA = 2f : l’image à la même taille que l’objet

Cas : f OA 2f : l’image est plus grande que l’objet

Cas : OA = f

Cas : OA < f

I-6) Image réelle

L’image réelle se forme toujours sur un écran.

II) Position et grandeur de l’image

CHAPITRE IMAGE DONNEE PAR UN MIROIR PLAN

1- Réflexion de la lumière : lois

1.1- Enoncé

Première lois :

A un rayon incident correspond un rayon réfléchi unique qui appartient au même plan.

Deuxième lois :

L’angle incident î est égal à l’angle de réflexion ȓ

î = ȓ

1.2- Marche de la lumière

1 .2.1- Cas d’un rayon incident

A’ et A étant symétrique par rapport à la surface réfléchissant.

RI : Rayon incident

Rr : Rayon réfléchi

I : Point d’incidence

N : Normale

î : Angle incident

ȓ : Angle réfléchi

1 .2.2- Cas d’un faisceau

1.3- Caractéristique de l’image donnée par un miroir plan

Un miroir plan donne d’un objet réel, une image virtuelle droite symétrique par rapport à la

surface réfléchie.

1.4- Image donnée par plusieurs miroirs plans :

Cas particuliers de deux miroirs perpendiculaires

2- Application des miroirs

La réflexion des miroirs est utilisée dans des périscopes, des télescopes, des microscopes.

Exercice d’application

On place un point lumineux A devant un miroir plan de sorte que la distance de l’objet à son

image A’ est 8cm.

a) Détermine la distance objet- miroir

b) Construis le faisceau lumineux émergent du miroir en utilisant la marche d’un faisceau

incident issu de A.

Solution

a) Déterminons la distance objet-miroir

AM = MA’ et AA’ = AM + MA

AA’ = AM + AM

AA’ = 2AM AM = AA′

2

Application numérique :

AM = 8 cm

2 AM = 4 cm

b) Construction ( cf cours)

CHAPITRE APPAREIL PHOTOGRAPHIQUE

1- Description

L’appareil photographique dérive de la chambre noire dont l’orifice est placé par un objectif.

On distingue deux parties : le boitier et l’objectif.

2- Eléments constitutifs d’un appareil photographique et leurs rôles

a) Le boitier

C’est une chambre noire au fond de laquelle est tendue la pellicule. Il comprend :

Le levier d’armement qui fixe et enroule la pellicule

Le déclencheur qui commande l’obturateur

L’obturateur est réglé par bague du temps d’exposition ou vitesse d’obturation

Le viseur qui permet le cadrage

b) L’objectif

Fixe à l’avant du boitier, l’objectif comporte une ou plusieurs lentilles que la lumière traverse

pour former l’image du sujet sur la pellicule.

Il porte en outre de la bague :

Une bague des diaphragmes qui règle le dosage de la lumière

La bague de mise au point : elle porte l’échelle de distance que donne la profondeur de

champ suivant l’ouverture.

3- Mise au point

Mettre au point c’est amené l’image du sujet exactement sur la pellicule. On fait tourner la

bague de mise au point et l’objectif se rapproche et s’éloigne.

4- Dosage de la lumière

Deux facteurs permettent de régler la quantité de la lumière

a) Le temps d’exposition

Temps pendant lequel l’obture reste ouverte. On lit sur la bague de vitesse d’obturation :

1 – 2 – 4 – 8 – 16 – 30 – 60 – 125 – 250 – 500 – 1000

NB : Chaque nombre est un diviseur

Exemple : 30 signifie 1 30𝑒⁄ de seconde.

b) L’ouverture du diaphragme

5- Profondeur du champ

La profondeur du champ est l’intervalle dans laquelle un objet donne une image nette sur la

photographie.

Application

L’œil est un appareil photographique perfectionné.

Tableau comparatif de l’œil et appareil photographique

Exercice d’application

1) Choisi la bonne réponse :

Pour obtenir une image nette d’un objectif placé à une distance donnée de l’objectif de

l’appareil photo, le photographe effectue :

a- Le développement de la pellicule photographique

b- La mise au point

c- La prise de vue.

2) Dans un appareil photographique, on dispose de deux vitesses d’obturation 500 et 125.

Quelle est celle qui correspond au temps de pose le plus grand ?

Solution

1) Le photographe effectue la mise au point

2) La vitesse d’obturation qui correspond au temps de pose le plus grand est :