COMPLÉMENTS DE MATHÉMATIQUES
1. Grandeurs scalaires. Grandeurs vectorielles . . . . . . . . . . . . . . a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Composantes d’un vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Produit de vecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Somme vectorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Dérivée d’un vecteur par rapport à une variable scalaire . . . 2.
Coordonnées curvilignes orthogonales, a. Coordonnées cylindriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Coordonnées sphériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Propriétés de symétrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Champ de gradients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Propriétés du vecteur gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Intégrale curviligne du vecteur gradient . . . . . . . . . . . . . . . . d. Expression du gradient en coordonnées 5. Divergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Théorème d’Ostrogradsky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Propriété de la divergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Expression de la divergence en coordonnées 6. Rotationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Théorème de Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Propriété du vecteur rotationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Expression du rotationnel en coordonnées 7. Relations usuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Notion d'angle solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Angle solide élémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Formes différentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Différentielle totale exacte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Intégrale d’une forme différentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Intégrales usuelles de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . 10. Fonctions implicites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
MÉCANIQUE
I. CINÉMATIQUE DU POINT MATÉRIEL1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Position d’un point matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Vitesse d’un point matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Accélération d’un point matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Accélération normale et tangentielle. Rayon de courbure . . . . . 6. Exemples de mouvements d’un point matériel . . . . . . . . . . . . . 7. Changements de référentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Centre de gravité, condition d’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Diagramme de déplacement et de vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Mouvement circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Équations paramétriques, accélération tangentielle et normale 5. Mouvement hélicoïdal, hodographe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Repère tournant, spirale logarithmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Mouvement relatif, trajectoire absolue . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. DYNAMIQUE DU POINT MATÉRIEL1. Principe de la dynamique du point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Travail . Puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Quantité de mouvement. Chocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Moment cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Trajectoire d’une particule chargée dans un condensateur . . . . 2. Étude d’un projectile dans le champ de pesanteur . . . . . . . . . . 3. Mouvement avec force résistante, proportionnelle à la vitesse 4. Force conservative, puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Condition d’équilibre, énergie potentielle . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Énergie mécanique, moment cinétique en coordonnées polaires 7. Mouvement à force centrale, moment cinétique . . . . . . . . . . . . 8. Moment d’une force, théorème du moment cinétique . . . . . . . . 9. Mouvement circulaire, P.F.D, théorème du moment cinétique 11. Force centrale, énergie mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Étude d’un pendule simple, théorème de l’énergie cinétique 13. Étude d’un ressort, énergie mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14. Association de deux ressorts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. Choc mou, variation de l’énergie cinétique . . . . . . . . . . . . . . 16. Choc élastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17. Fusée interplanétaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III. MÉCANIQUE DES FLUIDES1. Statique des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Hydrodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Coefficient de viscosité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Loi fondamentale de l’hydrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Loi d’Archimède (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Loi d’Archimède (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Théorème de Bernoulli (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Théorème de Bernoulli (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Phénomène de Venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
THERMODYNAMIQUE
1. Systèmes thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Définition d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Description d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Transformation d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Notion de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Équilibre thermique : Principe zéro de la thermodynamique b. Repérage de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Notions de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Représentation d’un gaz dans la théorie cinétique . . . . . . . . . b. Pression d’un gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Échange d'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Échange de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Échange de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Premier principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Application aux transformations infinitésimales . . . . . . . . . . c. Enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Applications du premier principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Détente de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Détente de Joule - Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Deuxième principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Énoncé de Kelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Énoncé de Clausius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Machines dithermes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Inégalité de Clausius : e. Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. Conséquences du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Nouvelle écriture du premier principe . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Enthalpie libre G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Énergie libre F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Changement de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Calorimétrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a.
Équilibre thermique entre corps b. Équilibre thermique entre corps de température
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Description d’un système. Coefficients thermoélastiques . . . . . 2. Échelle thermométrique linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Mesure de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Vitesse moyenne et pression d’un gaz. 5. Coefficients calorimétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Détente adiabatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Compression isotherme. Transformation isobare . . . . . . . . . . . 8. Transformation cyclique d’une mole de gaz parfait . . . . . . . . . 9. Premier et deuxième loi de joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Cycle moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Cycle récepteur machine frigorifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Cycle récepteur pompe à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. Calcul de variation d’entropie (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14. Calcul de variation d’entropie (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. Application des deux principes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16. Enthalpie libre. Relation de Gibbs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17. Énergie libre d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18. Chaleur latente de vaporisation. Formule de Clapeyron . . . . . 19. Calorimétrie (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20. Calorimétrie (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ÉLECTRICITÉ
I. ÉLECTROSTATIQUE DANS LE VIDE1. Loi de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Vecteur champ électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Potentiel électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Lignes de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Surfaces équipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Flux du champ créé par une charge ponctuelle. 7. Électrostatique des conducteurs en équilibre . . . . . . . . . . . . . . 8. Énergie Électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Trois charges au sommet d’un triangle équilatéral . . . . . . . . . . 2. Dipôle électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Distribution linéique de charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Distribution volumique non uniforme. Théorème de Gauss . . . 5. Distribution surfacique de charges. Théorème de Gauss . . . . . 6. Cylindre chargé en volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Fil chargé. Surfaces équipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Condensateur plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Capacité électrique de la membrane cellulaire . . . . . . . . . . . . . 10. Condensateur sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. ÉLECTROCINÉTIQUE1. Notion de courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Vecteur densité de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Loi de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Énergie électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Loi d’Ohm généralisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Lois de kichhoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Théorèmes généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EXERCICES ET PROBLÈMES 1. Résistance d’un liquide conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Étude d’un fil de cuivre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Conduction électrique dans une roche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Réseau électrique (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Réseau électrique (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Pont de Wheatstone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Application du théorème de Thé venin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Réseau électrique (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Réseau électrique (4). Charge et décharge d’un condensateur
III.
MAGNÉTOSTATIQUE DANS LE VIDE
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8 8 9 9 12 13 15 18 20 21 21 21 22 23 24 24 25 25 25 27 28 28 29 32 32 32 33 34 35
38 38 38 39 41 41 43
48 48 50 52 53 55 57
60 62 64 65
67 68 71 73 75 76 77 78 80 86 87 90 92 93 94 95
97 102 105
106 106 107 108 109 110
114 114 114 115 115 115 115 117 117 117 118 118 119 120 120 121 122 123 123 124 124 127 127 128 128 131 132 132 132 133 134 137
140 140 141 142 143 145 146 148 150 151 153 154 156 157 158 160 161 162 163
166 166 169 171 172 175 178
182 183 189 191 193 195 198 198 202 203
205 205 207 210 210 211 212
217 218 219 220 221 222 224 227 229
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