Le cours de Physique
Licence, CAPES, Prépas
2é édition
Laurent Gautron
Christophe Balland
LaurentCirio
Richard Mauduit
Odile Picon
Eric Wenner
Dunod
Avant-propos IX
Remerciements X
Partie 1 - Mécanique et physique moderne
Chapitre 1 La cinématique du point
1
Fiche 1 Le repérage dans l'espace et le temps2
Fiche 2 Les coordonnées cartésiennes et cylindriques4
Fiche 3 Le repère de Frenet6
Fiche 4 La vitesse et l'accélération8
Fiche 5 La vitesse en coordonnées cartésiennes et cylindriques10
Fiche 6 L'accélération en coordonnées cartésiennes et cylindriques12
Fiche 7 La vitesse et l'accélération dans le repère de Frenet14
Focus La mesure de la circonférence de la Terre par Ératosthène (vers 230 av. J.-C.)
16
QCM
17
Exercices19
Chapitre 2 La dynamique du point et des systèmes de points
21
Fiche 8 Le principe d'inertie et les référentiels galiléens22
Fiche 9 Le principe fondamental de la dynamique24
Fiche 10 Le principe de l'action et de la réaction26
Fiche 11 La force d'attraction gravitationnelle28
Fiche 12 Les forces de frottement30
Fiche 13 Le travail d'une force32
Fiche 14 Les forces conservatives34
Fiche 15 L'énergie potentielle36
Fiche 16 Les puits et les barrières de potentiel38
Fiche 17 Le théorème de l'énergie cinétique40
Fiche 18 La conservation de l'énergie mécanique42
Fiche 19 Les oscillations harmoniques44
Fiche 20 Les oscillations amorties46
Fiche 21 Les oscillations forcées et le phénomène de résonance48
Fiche 22 La description d'un système de points50
Fiche 23 Les grandeurs dynamiques d'un système de points52
Fiche 24 Les grandeurs énergétiques d'un système de points54
Fiche 25 Les théorèmes généraux de la mécanique d'un système de points56
Fiche 26 Les collisions de particules matérielles58
Focus La loi de chute des corps découverte par Galilée
60
QCM
61
Exercices63
Chapitre 3 La mécanique terrestre et céleste
67
Fiche 27 Le changement de référentiel68
Fiche 28 La composition des vitesses70
Fiche 29 La composition des accélérations72
Fiche 30 Les référentiels en translation74
Fiche 31 Les référentiels en rotation autour d'un axe fixe : définitions76
Fiche 32 Les référentiels en rotation autour d'un axe fixe : vitesses et accélérations78
Fiche 33 Les forces d'inertie80
Fiche 34 L'accélération gravitationnelle et la latitude82
Fiche 35 Deux phénomènes terrestres84
Fiche 36 Le théorème du moment cinétique86
Fiche 37 Le mouvement dû à des forces centrales88
Fiche 38 Les lois de Kepler90
Focus Les systèmes de navigation par satellites
92
Focus Des hommes sur Mars !
93
QCM
95
Exercices97
Chapitre 4 La physique « moderne »
101
Fiche 39 La relativité restreinte102
Fiche 40 La dynamique relativiste104
Fiche 41 Le photon106
Fiche 42 Les ondes et les particules108
Fiche 43 Les atomes110
Fiche 44 La classification périodique112
Fiche 45 Le noyau atomique114
Fiche 46 La radioactivité116
Fiche 47 Le modèle standard118
Fiche 48 Les particules élémentaires120
Fiche 49 La structure des solides122
Fiche 50 Les propriétés des solides124
Focus La vitesse de la lumière
126
Focus Les grands instruments utilisant le rayonnement synchrotron
128
QCM
129
Exercices131
Chapitre 5 Les systèmes thermodynamiques
137
Fiche 51 Les systèmes et les variables d'état138
Fiche 52 L'équation d'état d'un système140
Fiche 53 Les gaz parfaits142
Fiche 54 Les mélanges de gaz parfaits144
Fiche 55 Les gaz réels146
Fiche 56 La théorie cinétique des gaz parfaits148
Fiche 57 La température150
Fiche 58 La thermométrie152
Fiche 59 L'étude microscopique du gaz parfait154
Fiche 60 La pression en un point d'un fluide156
Fiche 61 La statique des fluides158
Fiche 62 La poussée d'Archimède160
Fiche 63 Les coefficients thermoélastiques162
Focus Le pouvoir des forces de pression
164
QCM
165
Exercices167
Chapitre 6 Les principes de la thermodynamique
173
Fiche 64 Les transformations thermodynamiques174
Fiche 65 L'énergie interne et l'énergie totale176
Fiche 66 Les transferts thermiques178
Fiche 67 Les coefficients calorimétriques180
Fiche 68 Le travail des forces de pression182
Fiche 69 Le premier principe de la thermodynamique (système fermé)184
Fiche 70 Les lois de Joule186
Fiche 71 Les transformations du gaz parfait (1)188
Fiche 72 Les transformations du gaz parfait (2)190
Fiche 73 Le premier principe de la thermodynamique (système ouvert)192
Fiche 74 L'entropie et le deuxième principe194
Fiche 75 L'interprétation statistique de l'entropie196
Fiche 76 Le deuxième principe et son utilisation198
Fiche 77 Le diagramme entropique (T, S)200
Fiche 78 L'énergie libre - L'enthalpie libre202
Fiche 79 Les propriétés des fonctions F et C204
Focus De l'énergie à l'exergie : la démarche qualité
206
QCM
207
Exercices209
Chapitre 7 Les transferts de masse et de chaleur
213
Fiche 80 Les phénomènes de transport214
Fiche 81 La résolution de l'équation de diffusion216
Fiche 82 La diffusion particulaire218
Fiche 83 La diffusion thermique par conduction220
Fiche 84 La diffusion thermique par convection222
Fiche 85 Les transferts thermiques radiatifs224
Fiche 86 Les caractéristiques énergétiques du rayonnement thermique226
Fiche 87 Les résistances thermiques de systèmes228
Fiche 88 Les échangeurs thermiques230
Focus Question de sensibilité...
232
QCM
233
Exercices235
Chapitre 8 Les cycles thermodynamiques avec ou sans changements d'états
239
Fiche 89 Les changements d'état d'un corps pur240
Fiche 90 La relation de Clapeyron242
Fiche 91 L'équilibre liquide-vapeur244
Fiche 92 La courbe de saturation246
Fiche 93 Les fonctions d'état du corps pur diphasique liquide-vapeur248
Fiche 94 Les cycles thermodynamiques250
Fiche 95 Le cycle moteur de Carnot252
Fiche 96 Les moteurs à combustion interne254
Fiche 97 Les cycles moteurs à changement d'état256
Fiche 98 Les cycles récepteurs et leurs efficacités258
Fiche 99 Les cycles récepteurs réels260
Focus La cogénération : principe et intérêt
262
QCM
263
Exercices265
Chapitre 9 Les ondes
269
Fiche 100 Qu'est-ce qu'une onde ?270
Fiche 101 La propagation suivant une direction x272
Fiche 102 La propagation à trois dimensions274
Fiche 103 Les ondes sinusoïdales à une dimension276
Fiche 104 Les ondes sinusoïdales à trois dimensions278
Fiche 105 La puissance transportée par une onde progressive280
Fiche 106 Le changement de milieu282
Fiche 107 Réflexion à l'interface de deux cordes284
Fiche 108 Les ondes acoustiques286
Fiche 109 Les ondes stationnaires288
Fiche 110 Les modes propres, la résonance290
Focus Les instruments de musique et les gammes
292
QCM
293
Exercices295
Chapitre 10 Nature et propagation de la lumière
297
Fiche 111 La nature de la lumière298
Fiche 112 De l'onde au rayon lumineux300
Fiche 113 Le principe de Fermat302
Fiche 114 Les lois de Snell-Descartes304
Fiche 115 L'interprétation de la loi de la réfraction306
Fiche 116 L'indice de réfraction308
Fiche 117 Les fibres optiques310
Fiche 118 Le prisme312
Fiche 119 Les coefficients de réflexion et de transmission314
Focus Le phénomène de mirage
316
QCM
317
Exercices319
Chapitre 11 La formation des images en optique
321
Fiche 120 Qu'est-ce qu'une image optique ?322
Fiche 121 Le stigmatisme et les conditions de Gauss324
Fiche 122 Les foyers et les plans focaux d'un système centré326
Fiche 123 Les plans principaux et les distances focales d'un système centré328
Fiche 124 La relation de conjugaison d'un système mince330
Fiche 125 Les miroirs332
Fiche 126 Les lentilles minces334
Fiche 127 La construction de l'image géométrique d'un objet par un système mince336
Fiche 128 Les rayons particuliers pour la construction d'une image géométrique338
Fiche 129 La formation d'une image par un miroir340
Fiche 130 La formation d'une image par une lentille342
Fiche 131 La mesure de distances focales de lentilles344
Fiche 132 Les instruments optiques346
Focus La physiologie de l'oil humain
348
QCM
349
Exercices351
Chapitre 12 Interférences et diffraction des ondes lumineuses
353
Fiche 133 Les interférences et la diffraction354
Fiche 134 Les interférences à deux ondes : source ponctuelle monochromatique (1)356
Fiche 1 35 Les interférences à deux ondes : source ponctuelle monochromatique (2)358
Fiche 136 Le dispositif des trous d'Young360
Fiche 137 Les interférences à deux ondes : le cas d'un doublet362
Fiche 138 Les interférences à deux ondes : le cas d'un continuum de longueurs d'onde364
Fiche 139 La diffraction des ondes lumineuses366
Fiche 140 La diffraction par une ouverture circulaire368
Fiche 141 La diffraction par une ouverture rectangulaire370
Fiche 142 La diffraction par deux fentes minces372
Fiche 143 La diffraction par N fentes : le réseau (1)374
Fiche 144 La diffraction par N fentes : le réseau (2)376
Focus L'interféromètre de Michelson
378
QCM
379
Exercices381
Chapitre 13 L'électrostatique et la magnétostatique
383
Fiche 145 Les charges électriques384
Fiche 146 La force et le champ électrostatiques créés par des charges ponctuelles386
Fiche 147 Le champ électrostatique créé par une distribution continue de charges388
Fiche 148 La circulation du champ électrostatique et le potentiel électrostatique390
Fiche 149 Le calcul des potentiels électrostatiques392
Fiche 150 Le calcul d'un champ électrique à partir du potentiel394
Fiche 151 Le dipôle électrostatique396
Fiche 152 Le théorème de Gauss398
Fiche 153 Les applications du théorème de Gauss400
Fiche 154 L'énergie potentielle électrostatique402
Fiche 155 La force de Lorentz404
Fiche 156 L'induction magnétique créée par un courant filiforme406
Fiche 157 Les propriétés de l'induction magnétique408
Fiche 158 Exemples de calculs d'inductions magnétiques410
Fiche 159 La force de Laplace sur un conducteur parcouru par un courant 41 2
Fiche 160 Les interactions magnétiques414
Focus La détermination de la charge élémentaire de l'électron
416
QCM
417
Exercices419
Chapitre 14 L'électrocinétique
421
Fiche 161 Les grandeurs électriques fondamentales422
Fiche 162 Les conventions et la caractéristique courant-tension424
Fiche 163 Les différents types de dipôles426
Fiche 164 La loi d'Ohm428
Fiche 165 Les circuits en régime continu430
Fiche 166 Les théorèmes d'électrocinétique432
Fiche 167 L'établissement du régime continu pour un circuit inductif434
Fiche 168 L'établissement du régime continu pour un circuit capacitif436
Fiche 169 L'étude du circuit RLC438
Fiche 170 Le régime sinusoïdal et les notations complexes440
Fiche 171 Les impédances complexes442
Fiche 172 La puissance électrique444
Fiche 173 Le circuit résonant446
Focus Différents types de conductions électriques
448
QCM
449
Exercices451
Chapitre 15 L'électromagnétisme
453
Fiche 174 L'induction magnétique454
Fiche 175 L'inductance propre d'un circuit et l'inductance mutuelle456
Fiche 176 Les opérateurs vectoriels458
Fiche 177 Les équations de Maxwell dans le vide460
Fiche 178 L'interprétation intégrale des équations de Maxwell462
Fiche 179 La solution des équations de Maxwell sous forme d'ondes planes464
Fiche 180 Les propriétés des ondes planes progressives monochromatiques466
Fiche 181 L'énergie électromagnétique et le vecteur de Poynting468
Focus Le four à micro-ondes
470
QCM
471
Exercices473
Chapitre 16 L'électronique
475
Fiche 182 La jonction PN476
Fiche 183 La diode à jonction PN polarisée478
Fiche 184 Les modèles électriques480
Fiche 185 L'étude statique et dynamique482
Fiche 186 Le transistor bipolaire484
Fiche 187 Les réseaux de caractéristiques Le régime statique486
Fiche 188 Les analyses statique et dynamique488
Fiche 189 Le schéma équivalent petit signal Les paramètres hybrides490
Fiche 190 L'amplificateur à transistor492
Fiche 191 L'amplificateur opérationnel494
Fiche 192 Les modes de fonctionnement de l'AOP496
Fiche 193 Les limitations statiques et dynamiques de l'AOP498
Focus Les LED dans l'éclairage et les écrans de télévision
500
QCM
501
Exercices503
Corrigés des exercices507
Références bibliographiques592
Index593