Cours — Sciences physiques
Mouvement et vitesse
Décrire un mouvement
Le mouvement d'un objet se décrit toujours par rapport à un référentiel (un point ou objet fixe choisi comme référence).
- Un objet peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre : un passager assis dans un train est immobile par rapport au train, mais en mouvement par rapport au sol.
- La trajectoire peut être rectiligne (ligne droite) ou curviligne (courbe).
- Un mouvement peut être uniforme (vitesse constante), accéléré (vitesse qui augmente) ou ralenti (vitesse qui diminue).
Calculer une vitesse
La vitesse moyenne se calcule avec la formule :
v = d ÷ t
- v : vitesse (en m/s ou km/h) ;
- d : distance parcourue (en m ou km) ;
- t : durée du parcours (en s ou h).
Exemple : une voiture parcourt 120 km en 2 heures, sa vitesse moyenne est de 120 ÷ 2 = 60 km/h.
Atomes, molécules et transformations chimiques
Les atomes et les molécules de notre quotidien
Toute la matière de l'Univers est un jeu de construction géant basé sur les atomes :
- Un atome est la brique de base élémentaire (Carbone C, Hydrogène H, Oxygène O, Azote N).
- Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes liés entre eux (ex : la molécule d'eau $\text{H}_2\text{O}$ a 2 atomes d'Hydrogène et 1 atome d'Oxygène).
L'analogie des briques de Lego : Les atomes sont les briques individuelles ; les molécules sont les petites figurines assemblées avec ces briques !
Les réactions chimiques et la conservation de la masse
Lors d'une réaction chimique, des substances disparaissent (les réactifs) et de nouvelles substances apparaissent (les produits).
La célèbre loi de Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ! » Le nombre d'atomes de chaque type est exactement le même avant et après la réaction.
L'énergie et ses formes
Les différentes formes d'énergie
L'énergie ne peut ni être créée ni disparaître : elle se transforme d'une forme à une autre. On distingue notamment :
- l'énergie cinétique (liée au mouvement) ;
- l'énergie potentielle (liée à la position, par exemple en hauteur) ;
- l'énergie thermique (chaleur), chimique (piles, aliments), électrique et lumineuse.
Un panneau solaire transforme l'énergie lumineuse en énergie électrique ; une pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique.
Sources d'énergie renouvelables et non renouvelables
On distingue deux grandes catégories de sources d'énergie :
- non renouvelables : leur stock est limité à l'échelle humaine (pétrole, charbon, gaz naturel, uranium) ;
- renouvelables : elles se régénèrent naturellement à l'échelle humaine (solaire, éolien, hydraulique, biomasse).
La transition énergétique cherche à réduire l'usage des énergies fossiles (émettrices de CO₂) au profit des énergies renouvelables.
Tension, intensité et lois électriques
Intensité (I) et Tension (U)
Pour mesurer l'électricité, on utilise deux grandeurs différentes :
- La tension ($U$) : mesure la différence d'énergie électrique entre deux points. Elle s'exprime en Volts (V) et se mesure avec un voltmètre branché en dérivation (en pont).
- L'intensité ($I$) : mesure le débit de charges électriques qui traversent le fil par seconde. Elle s'exprime en Ampères (A) et se mesure avec un ampèremètre branché en série (dans la boucle).
L'analogie du toboggan aquatique : La tension, c'est la hauteur du toboggan (qui pousse à descendre) ; l'intensité, c'est le nombre de personnes qui glissent par minute !
Lois des tensions et des intensités
Dans tout circuit électrique, l'énergie obéit aux lois de conservation :
- Loi des nœuds : la somme des intensités qui entrent dans un carrefour est égale à la somme des intensités qui en sortent ($I_{\text{entrée}} = I_1 + I_2$).
- Loi des mailles : dans une boucle fermée, la tension délivrée par le générateur est égale à la somme des tensions consommées par les récepteurs.
En clair : Aucun électron ne disparaît dans un circuit électrique !
Les signaux sonores et l'acoustique
Émission, propagation et fréquence du son
Un son est une vibration de la matière (de l'air) qui se propage sous forme d'ondes jusqu'à nos tympans.
- La fréquence ($f$) se mesure en Hertz (Hz) : elle détermine la hauteur du son.
- Son grave : fréquence basse (< 200 Hz, vibration lente).
- Son aigu : fréquence élevée (> 2 000 Hz, vibration ultra-rapide).
- L'oreille humaine entend uniquement les fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz. En dessous, ce sont les infrasons ; au-dessus, les ultrasons.
Dans le monde animal : Les chiens et les chauves-souris perçoivent les ultrasons (> 20 000 Hz) que nous ne pouvons absolument pas entendre !
Niveau sonore et protection de l'audition
Le niveau d'intensité sonore se mesure en décibels (dB) avec un sonomètre :
- 0 à 30 dB : silence calme d'une chambre.
- 60 dB : conversation normale.
- 85 dB : seuil de danger pour l'audition (circulation intense, écouteurs au volume max).
- 120 dB : seuil de douleur (concert rock sans bouchons, décollage d'un avion).
Attention à tes oreilles : Les cellules de ton oreille interne ne repoussent jamais quand elles sont détruites par un son trop fort. Règle le volume de tes écouteurs à moins de 60 % !