Cours sur: Diffraction des ondes et fente rectangulaire

Bonjour, aujourd'hui je vais revoir avec toi l'essentiel du programme de physique pour le bac. Donc on va commencer par les phénomènes ondulatoires. Le premier phénomène ondulatoire, c'est la diffraction d'une onde. Une onde mécanique comme le son ou les vagues ou une onde électromagnétique comme la lumière, lorsqu'elle passe à travers une petite ouverture de diamètre à, va avoir un étalement de sa direction de propagation après l'ouverture. Alors, il y a des conditions pour que ce phénomène ait lieu, ça a pas lieu tout le temps, il faut que l'ouverture petite A soit environ égale à la longueur d'onde de l'onde qui est diffractée. Alors dans le cas d'une fente rectangulaire, tu dois savoir que l'angle de diffraction, c'est la longueur d'onde sur la taille de l'ouverture petite A et tu dois être capable de démontrer ici que la largeur de la tâche centrale, c'est deux lambda D sur A. Si tu ne sais pas, va voir ma vidéo ici pour savoir le faire. Ensuite, il y a un deuxième phénomène ondulatoire que tu dois connaître, ce sont les interférences. Là, c'est quand on va superposer deux ondes qui sont bien sûr de même nature, soit deux vagues, soit deux ondes électromagnétiques, soit deux ondes sonores. Et puis, on va avoir dans le cas d'ondes synchrones et cohérentes, bien sûr deux mêmes fréquences et avec un déphasage constant, et bien on va avoir des interférences, c'est-à-dire que l'onde qui va résulter va avoir une amplitude qui va pas être la somme des deux, il va y avoir des modifications. Alors tout dépend du chemin qu'elles empruntent. Le chemin, la différence de chemin, c'est ce qu'on appelle la différence de chemin parcouru, delta qui se note delta, c'est S1M moins S2M sur le petit schéma. Et donc suivant cette différence de chemin, si c'est k fois une longueur d'onde, et bien on aura des interférences constructives, c'est-à-dire que les ondes vont arriver en phase au point M, elles vont s'ajouter. Et dans le cas des interférences destructives, donc les ondes vont s'annuler, il faut que la différence de chemin soit égale à k plus un demi lambda. Alors le k, c'est ce qu'on appelle l'ordre d'interférence, c'est-à-dire que plus tu t'éloignes du point haut central sur l'écran, plus l'ordre d'interférence augmente. 1, 2, 3, 4 lambda et cetera. Et de l'autre côté, le symétrique moins 1 lambda, moins 2 lambda et cetera. Dans ce thème, on des signaux, on a également un chapitre sur les signaux électriques et notamment sur le circuit RC, c'est-à-dire une association d'un condensateur et d'une résistance. Alors le condensateur, tu peux le charger, il va stocker ensuite l'énergie électrique pour ensuite servir de générateur pour lorsqu'il se décharge. Donc on a deux deux choses à étudier, la charge et la décharge. Alors pour prévoir l'évolution de la tension borne du condensateur en fonction du temps, et bien on va utiliser différentes lois, notamment la loi des mailles, donc tu choisis un sens de parcours de maille arbitraire, et quand tu rencontres une tension dans le même sens, tu la comptes positivement, une tension dans le sens inverse, tu la comptes négativement. Donc la somme des tensions est égale à zéro. Tu vas ensuite utiliser la loi d'Ohm, UR égale RI. L'intensité, c'est la dérivée de la charge par rapport au temps et on sait également que la charge, c'est C fois UC avec C, la capacité du condensateur. Donc à partir de toutes ces relations, tu vas pouvoir trouver l'équation différentielle en charge ou en décharge et tu vas vérifier la solution qu'on va te proposer si elle est bien solution de l'équation différentielle. Si tu ne sais pas le faire, va voir la vidéo qui s'affiche. Ensuite, on aura besoin dans ce genre d'exercice, d'étudier le temps caractéristique, c'est-à-dire le temps lorsqu'on est en charge où on va atteindre 63 % de la charge maximum. Donc il faut que tu saches le calculer avec la relation où bien également le lire sur le graphique de charge. Donc ces 63 % de la charge maximum ou sur le graphique de décharge, c'est alors 37 % de la tension au départ. On continue ensuite dans cette partie, tu vas également étudier la lumière et notamment tous les instruments d'optique comme la lunette à focale. Donc la lunette à focale, tu as le foyer image de l'objectif, donc qui est du côté de l'objet, est placé au même endroit que le foyer objet de l'oculaire. Donc l'oculaire, côté de l'œil, tu dois savoir tracer les différents rayons. Donc on n'étudiera que les lunettes à focales en terminale. Tu dois être capable de déterminer le grossissement. Donc à partir de la relation, c'est alpha prime sur alpha avec alpha prime, l'angle sous lequel on voit l'image, alpha, l'angle sous lequel on voit l'objet. Et tu dois être capable de démontrer que ce grossissement, c'est aussi égal à F prime 1 sur F prime 2 si tu ne sais pas le faire, tu peux aller voir ma vidéo qui s'affiche. On passe maintenant à la mécanique. La mécanique, on peut utiliser différents repères. Donc on peut utiliser par exemple le repère cartésien pour décrire un mouvement. Dans ce cas-là, on va utiliser donc un repère I avec des vecteurs unitaires I J K, donc là je vais travailler d'abord dans un plan I J, ça sera plus simple pour écrire les relations. Donc le point M va évoluer en fonction du temps et on peut décrire sa position avec le vecteur OM, O étant le centre du repère cartésien. Ensuite, le vecteur vitesse, c'est la dérivée du vecteur OM par rapport au temps. Donc on peut écrire dans le repère cartésien ces coordonnées VX, VY qui sont les dérivées de X par rapport au temps et Y et dY par rapport au temps. Et puis l'accélération, c'est la dérivée du vecteur vitesse par rapport au temps et voici ses coordonnées dans le repère cartésien. Ce repère cartésien, il est utilisé lorsqu'on travaille dans un champ uniforme. Donc les champs uniformes, c'est les champs de pesanteur ou le champ électrique qui sont au programme en terminale. On va alors utiliser la deuxième loi de Newton, qui te dit que la somme vectorielle des forces est égale à la masse du système étudié fois le vecteur accélération. Alors la seule force qui va s'appliquer quand on est dans un champ de pesanteur, c'est le poids, si on néglige toutes les autres forces. Donc le vecteur P= M vecteur G. Et quand on est dans un champ électrique, la force électrique que tu dois connaître par cœur, Q E avec Q qui peut être positif ou négatif, ça dépend de la charge que l'on étudie. Tu dois également savoir que le champ électrique est toujours dirigé de la plaque qui comporte les charges positives vers la plaque qui comporte les charges négatives. Une fois qu'on a fait la deuxième loi de Newton, et bien l'objectif à partir des définitions de l'accélération et de la vitesse et du vecteur OM précédent, et bien c'est de déterminer les équations horaires, c'est-à-dire l'évolution de la coordonnée X en fonction du temps et Y en fonction du temps. Bien souvent, on te demande également de déterminer l'équation de la trajectoire, c'est-à-dire Y en fonction de X. Si tu ne sais pas le faire, va voir ma vidéo ici qui s'affiche. Quand on est dans le champ de pesanteur, bien souvent, on fait une étude énergétique, dans un cas bien particulier dans le cas de la chute libre, c'est-à-dire qu'on a qu'une seule force qui s'applique, c'est le poids. On néglige toutes les autres forces. Et dans ce cas-là, et bien il y a la conservation de l'énergie mécanique. L'énergie mécanique, c'est la somme de l'énergie cinétique et potentielle de pesanteur. Je te rappelle que l'énergie cinétique, c'est un demi de mv² et l'énergie potentielle de pesanteur, c'est MG Y ou MGZ, ça dépend de quel axe tu prends verticalement. Alors ensuite, on peut travailler dans un champ non uniforme au programme de terminale, c'est le champ gravitationnel. Alors dans le champ gravitationnel, donc les astres autour autour d'eux vont générer un champ gravitationnel. Ce champ n'est pas uniforme parce qu'il change en direction en sens et en valeur autour de cet astre. Donc on va avoir les lois de Kepler que tu dois connaître par cœur. Donc les planètes ont une trajectoire elliptique autour du soleil qui est l'un des foyers. Ensuite, la deuxième loi de Kepler, l'air balayé par le rayon soleil planète est égal pour des durées égales. Et puis la troisième loi de Kepler, T au carré sur le demi grand axe au cube qui est une constante. Ensuite, quand on veut travailler et retrouver ces lois de Kepler dans en utilisant la deuxième loi de Newton, et bien on a besoin d'un autre repère que le repère cartésien qu'on a vu tout à l'heure. On a besoin du repère de Frenet parce que la force de gravitation n'est pas constante en direction et en sens, contrairement au poids ou à la force électrique. Donc on ne peut pas utiliser le repère cartésien, ce serait trop compliqué. Donc on utilise un repère de Frenet. Si tu ne sais pas ce que c'est, va voir ma vidéo qui s'affiche. Dans ce repère, les coordonnées de l'accélération, tu dois les connaître par cœur. Ensuite, et bien on va travailler avec la deuxième loi de Newton pour retrouver les lois de Kepler dans ce qu'on appelle l'approximation des orbites circulaires. Alors c'est-à-dire qu'on va considérer qu'il n'y a qu'un seul astre qui attire les planètes et pas toutes les autres planètes, c'est pour ça que c'est un cercle et pas une ellipse. Donc la force de gravitation est dirigée suivant le vecteur UN du repère de Frenet. Et puis tu peux démontrer deux choses, que le mouvement est circulaire uniforme et tu retrouves la première et la deuxième loi de Kepler et tu peux également retrouver la troisième loi de Kepler, c'est-à-dire T au carré sur R au cube est égal constante. N'hésite pas à aller voir les vidéos qui s'affichent pour revoir tout ça. Il reste ensuite dans la partie mécanique, la mécanique des fluides, c'est-à-dire que on étudie l'écoulement d'un fluide, c'est-à-dire d'un gaz ou d'un liquide. Alors il y a pas grand-chose à savoir dans cette partie. Il faut que tu connaisses le débit volumique, c'est le volume qui passe pendant une certaine durée, le volume de fluide qui est égal également à la vitesse fois la section du tuyau. Ce débit volumique est conservé. Donc en un point unon a un point deux, on a un point à deux, trois c'est toujours le même débit. Donc ça tu le sais quand tu le fais intuitivement, quand tu fermes le tuyau d'arrosage avec ton pouce et bien le débit volumique est conservé la vitesse augmente puisque la section diminue. Et puis on peut aussi utiliser l'équation de Bernoulli qui te sera toujours fournie, elle est pas à connaître par cœur. Donc qui relie la pression, la vitesse et l'altitude de l'écoulement d'un fluide en différents points. Pour terminer, on a la thermodynamique au programme de terminale en physique. Donc la thermodynamique, il faut que tu connaisses le premier principe de la thermodynamique qui te dit que la variation d'énergie interne c'est le travail et la c'est la somme du travail et du transfert thermique. Alors la thermodynamique c'est l'étude des systèmes qui ne bougent pas à notre échelle mais qui échangent quand même de l'énergie. par exemple une tasse de café qui refroidit, elle ne se déplace pas et pourtant elle échange de l'énergie notamment par transfert thermique dans le cas d'une tasse de café, le travail des forces est nul, il y a pas on applique pas de force dessus. Tu dois également savoir que pour les systèmes incompressibles, la variation d'énergie interne est liée à la variation de température quand il y a pas de changement d'état, il faut que tu connaisses cette formule MC delta T. Le transfert thermique a lieu de trois façons, conduction, convection, rayonnement et la vitesse d'échange de ce transfert thermique c'est ce qu'on appelle le flux ou la puissance thermique donc qui s'exprime en watts comme la puissance d'une ampoule en watts, c'est la vitesse à laquelle l'échange d'énergie a lieu. Donc c'est l'échange d'énergie divisé par la durée, c'est un petit peu l'analogie avec la vitesse, c'est la distance sur la durée. Il y a une dernière chose dans cette partie thermodynamique, c'est notamment l'étude du flux par convection avec au contact d'un système au contact d'un thermostat, un thermostat c'est un système dont la température n'évolue pas. Par exemple quand tu as une tasse de café et que tu la mets dans ta cuisine, ça ne va pas faire varier la température de l'air, donc l'air est ce qu'on appelle un thermostat et l'énergie est principalement échangée par transfert thermique par convection. Donc là on va avoir la loi phénoménologique de Newton qui n'est pas à connaître par cœur mais il faut que tu saches retrouver l'équation différentielle et de l'évolution de la température du café par exemple en fonction du temps et tu es capable de vérifier une solution d'équation différentielle si tu ne sais pas, va voir ma vidéo ici qui s'affiche. Voilà, j'ai parcouru rapidement l'essentiel du programme de physique, j'espère que ça va vous aider, bon courage à tous et bonne révision.