Année scolaire 2010-2011 Vendredi 03 septembre 2010 Accueil de la classe Administratif Présentation de l’année, fonctionnement, site web… Lundi 06 septembre 2010

Électrostatique 1. Introduction historique, les premières étincelles, le test de virilité… 2. Postulats de l’électromagnétisme 3. Distributions statiques de charges 4. Distributions de courants de charges 5. Équation de conservation de la charge 6. Interprétation physique de l’opérateur divergence. 7. Conséquence : la loi des nœuds en électricité.

Lundi 06 septembre 2010

1. Équations de Maxwell en régime statique 2. Équations locale de l’électrostatique 3. Interprétation de l’opérateur rotationnel 4. Méthodes de calculs de champs électrostatiques

Vendredi 10 septembre 2010 Devoir à rendre pour le 17 septembre, suites d’extraits de concours

5. Notion de potentiels électrostatiques. Signification physique. 6. Équations de Poisson et de Laplace

Tracés assistés par ordinateur de quelques lignes de champ électrostatique. Lundi 13 septembre 2010

1. Le dipôle électrostatique 2. Potentiel et champ créés 3. Actions subies

Un jet d’eau est dévié par une baguette frottée Expériences illustrant quelques lois de l’électrostatique, pouvoir de pointes… Résolution d’exercices en commun Devoir à rendre pour le 19 septembre, Stabilité d’un complexe d’après E3A 2000, uniquement 5/2 et volontaires. Lundi 13 septembre 2010

1. Conducteurs en équilibre électrostatique 2. Définition d’un conducteur 3. Propriétés 4. Théorème de Coulomb 5. Condensateurs

Un condensateur historique, la bouteille de Leyde 6. Détermination de capacités de condensateurs 7. Association de condensateurs 8. Aspects énergétique

Vendredi 17 septembre 2010 DS de 2 heures Centrale 2004 et E3a 2006 Lundi 20 septembre 2010 Champ magnétostatique de distributions classiques : Fils infini, nappe de courant, discontinuité de la composante tangentielle du champ magnétostatique. Solénoïde infini et fini.

Introduction historique, expériences historiques, présentation power-point Équations de la magnétostatique Loi de Biot et Savart – Introduction historique. Expérience historique Théorème d’Ampère Flux du champ magnétique

Existence d’un potentiel vecteur. Condition de Jauge. Équation de Poisson de la magnétostatique

Devoir à rendre pour le 25 septembre, Champ créé par une particule et un dipôle, piège de particule, d’après Concours multiples.

Lundi 20 septembre 2010

Méthode et exemples de détermination de champ et de potentiel vecteur Moment résultant dans un champ résultant Cas d’un champ non uniforme Dipôle magnétique actif. Définition et moment magnétique Potentiel vecteur Calcul du champ magnétostatique Lignes de champ Dipôle magnétique passif Définition Force de Laplace Résultante des forces dans un champ uniforme

Vendredi 24 septembre 2010 Approche énergétique Énergie emmagasinée dans un condensateur Énergie emmagasinée dans une bobine Énergie électromagnétique Vecteur de Poynting Travail des forces de Laplace

Lundi 27 septembre 2010

Devoir à rendre pour le 02 octobre 2006, Extraits de problèmes, condensateurs dièdrique, cylindrique… Approche historique, Galilée, Newton…Mais comment Galilée a-t-il fait pour mesures des durées aussi courtes ? RAPPELS DE MECANIQUE DU POINT CINÉMATIQUE DU POINT 1. position et déplacement élémentaires 2. Vecteurs vitesse et accélération 2.1. Définitions 2.2 Les différents systèmes de coordonnées 3. Cinématique dans deux référentiels différents 3.1. Composition des vitesses et des accélérations 3.2. Cas particuliers DYNAMIQUE DU POINT EN RÉFÉRENTIEL GALILÉEN 1. Définitions et lois de Newton 1.1.. Quantité de mouvement 1.2. Première loi de Newton ou principe de l’inertie 1.3. Deuxième loi de Newton ou principe fondamental de la dynamique 1.4. Troisième loi de Newton ou principe des actions mutuelles 2. Lois de force Lundi 27 septembre 2010 Devoir à rendre pour le 4 octobre, suite d’extraits de concours, mise en orbite de satellite, orbite de transfert 3. Puissance et travail d’une force. Théorème de l’énergie cinétique 3.1. Puissance d’une force 3.2. Travail d’une force 3.3. Théorème de la puissance et de l’énergie cinétique PROBLÈMES À UN DEGRÉ DE LIBERTÉ 1. Énergie potentielle 1.1. Force conservative 1.2. Énergie potentielle 2. Exemples usuels d’énergies potentielle 3. Énergie mécanique. Intégrale première de l’énergie 3.1. Système conservatif 3.2. Intégrale première de l’énergie Vendredi 01 octobre 2010 THÉORÈME DU MOMENT CINÉTIQUE 1. Définitions et théorème du moment cinétique 1.1. Définitions 1.2. Théorème du moment cinétique 2. Théorème du moment cinétique par rapport à un axe 4. Équilibres et stabilité 4.1. Recherche des positions d’équilibre

4.2. Stabilité des positions d’équilibre 4.3. Petites oscillations autour d’une position d’équilibre stable 5. Approche du portrait de phase Systèmes conservatifs Lundi 04 octobre 2010 CHANGEMENTS DE RÉFÉRENTIELS : DYNAMIQUE 1. Forces d’inertie La force de Coriolis, l’Abbé Mersenne cherche ses boulets… 2. Énergie potentielle centrifuge 3. Théorème de l’énergie cinétique 4. Théorème du moment cinétique DYNAMIQUE DU SOLIDE CINÉMATIQUE DU SOLIDE 1. Le modèle du solide indéformable 1.2. Mouvement de translation d’un solide 1.3. Mouvement d’un solide en rotation autour d’un axe 1.4. Champ de vitesse d’un solide en mouvement quelconque 1.5. Mouvement instantané le plus général d’un solide 1.6. Cas particulier du mouvement plan Lundi 04 octobre 2010 Devoir à rendre, Centrale 1997, partie mécanique uniquement 2. Changement de référentiel pour les vitesses et les accélérations 2.1. Dérivation dans un trièdre mobile 2.2. Composition des vitesses de rotation 2.3. Composition des vitesses 2.4. Composition des accélérations 3. Référentiel barycentrique 3.1. Barycentre d’une distribution de masse 3.2. Référentiel barycentrique 4. Cinématique du contact entre deux solides 4.1. vitesse de glissement 4.2. Roulement et glissement d’un solide 4.3. Condition de non-glissement 5. Exemples Vendredi 08 octobre 2010 CINETIQUE DU SOLIDE QUANTITÉ DE MOUVEMENT D’UN SOLIDE EN MOUVEMENT QUELCONQUE CAS D’UN SOLIDE EN ROTATION AUTOUR D’UN AXE FIXE 1. Énergie cinétique 1.1. Les acquis de mécanique du point 1.2. Généralisation 1.3. Définition du moment d’inertie d’un solide 2. Moment cinétique par rapport à 2.1. Ensemble solide de points matériels

2.2. Distribution continue de masse 3. Expressions de quelques moments d’inertie par rapport à Lundi 11 octobre 2010 Devoir à rendre, Mines 2007, partie mécanique CAS D’UN SOLIDE EN ROTATION AUTOUR D’UN AXE DE DIRECTION FIXE 1. Référentiel barycentrique Définition Propriétés 2. Théorèmes de Koenig 2.1. Théorème de Koenig pour l’énergie cinétique 2.2. Théorème de Koenig pour le moment cinétique 3. Éléments cinétiques exprimés dans le référentiel barycentrique pour un solide en rotation autour d’un axe de direction fixe Lundi 11 octobre 2010 EXEMPLES D’APPLICATION Pendule pesant Cylindre en roulement Cylindre au bord d’une table DYNAMIQUE DU SOLIDE LES ACTIONS MÉCANIQUES 1. Actions de surface et de volume 1.1. Forces surfaciques 1.2. Forces volumiques 2. Contact de deux solides ; lois de Coulomb Effet stick and slip, le bruit d’une craie. 2.1. Liaison rotule et liaison pivot, liaisons parfaites 2.2. Lois de Coulomb Vendredi 15 octobre 2010 THÉORÈMES FONDAMENTAUX DE LA MÉCANIQUE DES SYSTÈMES 1. Théorème du centre de masse 2. Théorème du moment cinétique Les cascadeurs font tourner leur véhicule en l’air ! 2.1. Par rapport à un point fixe dans un réf galiléen 2.2. Théorème du moment cinétique par rapport à un axe fixe 2.3. Théorème du moment cinétique appliqué à un solide en rotation autour d’un axe fixe 2.4. Par rapport au centre de masse G dans le barycentrique Lundi 18 octobre 2010 Devoir à rendre pour le 5 novembre, Mines 2008, partie mécanique uniquement 3. Exemples d’application 3.1. Glissement pur Cube sur un plan incliné

3.2. Rotation pure : pendule pesant 3.3. Roulement sans glissement d’un cylindre sur un plan incliné 3.4. Roulement avec glissement d’un cylindre sur un plan horizontal 3.5. Calcul de force : Yoyo 3.6. Référentiel non galiléen THÉORÈMES ÉNERGÉTIQUES Puissance d’une et de plusieurs forces Forces intérieures Forces extérieures Lundi 18 octobre 2010 Théorème de théorème de l'énergie cinétique et variantes Théorème de la puissance cinétique Théorème de l’énergie cinétique Exemples d’application Vendredi 22 octobre 2010 INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE Aspect historique, Faraday aime les livres (et pas sterling…). Expériences d’application et d’introduction concernant l’induction

Vacances de la Toussaint Vendredi 05 novembre 2010 Lois générales de l’électromagnétisme, (rappel du chapitre 1)

Régimes permanents Régimes non permanents, qu’est-ce qui change ? Circuit immobile champ variable. Loi de Faraday

Équations de Maxwell Équation de Maxwell-Faraday Équation de Maxwell-Ampère

Expression de la f.e.m. d’induction Les deux cas d’étude : Le cas de Lorentz, Le cas de Neumann

Lundi 08 novembre 2010 Exemples classiques

Freinage d’un cadre par induction Le haut parleur La roue de Barlow Cylindre métallique dans un champ variable

Lundi 08 novembre 2010 Inductances propres et mutuelles

Inductances propres. Exemples d’inductances propres

Inductance mutuelle Énergie magnétique d’un système de courant. Coefficient de couplage. Application au cas du transformateur.

Freinage par induction, fonte d’étain, rails de Laplace…

Vendredi 12 Novembre 2010 Aspect historique du courant de déplacement Courant de déplacement dans le vide, que traduit-il ? L’effet de peau Conséquences Lundi 15 Novembre 2010

LES ONDES Introduction

I) Notion d’onde, équation de propagation II) Solutions de l’équation de propagation III) Onde plane monochromatique

Lundi 15 Novembre 2010

IV) Notion de vitesse de phase, vitesse de groupe V) Battements

Illustration expérimentale avec deux diapasons Vendredi 19 novembre 2010

ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Modélisation électromagnétique

Équations de Maxwell Équation de conservation de l’énergie Forme intégrale interprétation physique

Équations de propagation dans le vide Cas des champs Cas des potentiels, jauge de Lorentz Forme des solutions, propriétés

Lundi 22 Novembre 2010 Ondes planes progressives harmoniques

Structure de l’onde plane dans le vide Conséquences énergétiques États de polarisation. Obtention

Lundi 22 Novembre 2010 Réflexion d’une onde e-m sur un métal parfait

Nécessité d’une onde réfléchie. Structure de l’onde réfléchie. Structure de l’onde résultante dans l’air.

Propriété d’une onde stationnaire. Propagation entre deux plans métalliques parallèles Structure du champ électrique. Relation de dispersion Guide d’onde de section rectangulaire Structure du champ électrique. Relation de dispersion Structure du champ magnétique. Vecteur de Poynting. Énergie transmise et vitesse de propagation de l’énergie

Vendredi 26 Novembre 2010 Dipôle rayonnant

Structure du champ magnétique. Vecteur de Poynting. Énergie transmise et vitesse de propagation de l’énergie

Application. Rayonnement d’une antenne demi-onde Lundi 29 novembre 2010 Approche historique, Huygens, Fermat, Newton… Le point de vue de Newton, la victoire de Young. Révision d’optique géométrique

I) Hypothèses de l’optique géométrique II) Lois de Snell-Descartes

1) Loi de la réflexion 2) Loi de la réfraction 3) Applications

Lundi 29 novembre 2010 Devoir à rendre pour le 6 décembre E3A 2001. Télescope+lame COSTAR

III) Formation des images, systèmes centrés. 1) Miroirs sphériques 2) Lentilles minces 3) Modélisation d’instruments d’optique

Réflexions autour de Tintin et l’étoile mystérieuse. Hergé avait-il raison ? Vendredi 03 décembre 2010 Histoire : les difficultés de Thomas Young après Newton, la lumière est à nouveau ondulatoire… Hypothèses de l’optique ondulatoire Présentation power-point Lundi 06 décembre 2010 Principe d’émission et de détection d’une onde lumineuse Condition d’obtention d’interférences Présentation power-point Lundi 06 décembre 2010

I) Dispositifs interférentiels à division de front d’onde 1) Analyse de l’intensité lumineuse 2) Dispositif des trous d’Young

a) Observation dans le plan parallèle à 1 2S S

b) Observation dans le plan perpendiculaire à 1 2S S c) Influence de la position de la source d) Influence de la taille de la source, cohérence spatiale e) Cas d’une onde non monochromatique, cohérence temporelle

Illustration expérimentale avec des fentes d’Young, en lumière blanche, inversion de contraste. Devoir à rendre pour le 16 décembre CCP 2004 Vendredi 10 décembre 2011

3) Autres dispositifs interférentiels, uniquement principe de fonctionnement. a) Les miroirs de Fresnel b) Le bi-prisme de Fresnel c) Les bi-lentilles de Billet d) Le miroir de Lloyd

Illustration expérimentale de l’utilisation de quelques dispositifs interférentiels Lundi 13 décembre 2011

II) L’interféromètre de Michelson présentation power-point 1) Principe : présentation power-point 2) Cas d’une source ponctuelle et monochromatique. Interférences délocalisées.

a) Anneaux b) Franges rectilignes

Lundi 13 décembre 2011

3) Cas d’une source étendue a) Réglage en lame d’air, anneaux à l’infini b) Réglage en coin d’air, franges localisées sur le coin d’air.

Illustration expérimentale avec l’interféromètre de Michelson, en lumière blanche, localisation du phénomène. Vendredi 17 décembre 2011

III) Étude d’un réseau de fentes (uniquement aspect interférences) 1) aspect théorique 2) Applications

Vacances de Noël

Lundi 03 janvier 2011

IV) Le phénomène de diffraction. 1) Principe d’Huygens Fresnel. 2) Illustration. 3) Diffraction de Fraunhofer.

Lundi 03 janvier 2011

4) Qualités des instruments d’optique. 5) Réseaux. Applications.

Illustration du phénomène de diffraction. Expérience de strioscopie. Vendredi 07 janvier 2011 Révision de Thermodynamique Approche historique, « La mort du calorique »

I) Le premier principe de la thermodynamique 1) Énoncé 2) Quelques transformations particulières

Lundi 10 janvier 2011 Sadi Carnot, le fils de Lazare et père de la thermodynamique Le travail de Clausius.

II) Le second principe de la thermodynamique 1) Énoncé, interprétation physique 2) L’identité thermodynamique 3) Bilans entropiques, la notion de chemin réversible.