Cours — Sciences physiques
Mélanges et corps purs
Corps purs et mélanges
Un corps pur est une substance constituée d'une seule espèce chimique (eau pure, dioxygène pur). Un mélange contient plusieurs espèces chimiques.
- Un mélange homogène : on ne distingue pas les différents constituants à l'œil nu (eau salée, air).
- Un mélange hétérogène : on distingue les constituants (eau et huile, eau boueuse).
- Une solution est un mélange homogène liquide obtenu en dissolvant un soluté (sucre, sel) dans un solvant (eau).
Séparer les constituants d'un mélange
Plusieurs techniques permettent de séparer les constituants d'un mélange, selon leurs propriétés :
- filtration : sépare un solide non dissous d'un liquide (eau boueuse) à l'aide d'un filtre ;
- décantation : sépare deux liquides non miscibles (eau et huile) en laissant reposer, le plus dense se déposant au fond ;
- évaporation/distillation : sépare un solide dissous du liquide (eau salée) en faisant s'évaporer le solvant.
Organisation et transformations de la matière
La masse volumique : pourquoi ça flotte ou ça coule ?
La masse volumique (notée $\rho$) caractérise la densité de matière contenue dans un volume donné :
$\rho = \frac{m}{V}$ (Masse volumique = Masse ÷ Volume)
L'analogie du bois et du caillou : Pourquoi un gros tronc de bois flotte-t-il alors qu'une petite bille d'acier coule ? Parce que le bois a une masse volumique plus faible que celle de l'eau ($1\text{ g/cm}^3$) !
Dissolution, solubilité et saturation
Quand on dissout une substance (comme du sucre ou du sel) dans un liquide :
- Le soluté est le solide que l'on dissout.
- Le solvant est le liquide qui dissout (très souvent l'eau).
- La solution est le mélange final obtenu.
L'effet de saturation : Si tu mets trop de sucre dans ton verre, l'eau ne peut plus tout dissoudre : le sucre reste au fond. On dit que la solution est saturée !
La matière à l'échelle microscopique
La matière est constituée de molécules
Toute matière est constituée de molécules, elles-mêmes constituées d'atomes (trop petits pour être vus à l'œil nu ou même au microscope optique classique).
- Une molécule d'eau est représentée par la formule H₂O : 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène.
- Dans un solide, les molécules sont serrées et ordonnées, ce qui explique sa forme propre.
- Dans un gaz, les molécules sont très espacées et se déplacent librement, ce qui explique l'absence de forme et de volume propres.
La masse volumique
La masse volumique d'un matériau indique la masse d'un volume donné de ce matériau (souvent exprimée en g/cm³ ou kg/m³).
- Elle se calcule par la formule : masse volumique = masse ÷ volume.
- L'eau a une masse volumique de 1 g/cm³ : un objet plus dense que l'eau (masse volumique > 1 g/cm³) coule, un objet moins dense flotte.
- C'est ce qui explique pourquoi l'huile (moins dense) flotte sur l'eau.
Circuits en série et en dérivation
Circuit en série (une seule boucle)
Il existe deux façons de brancher plusieurs lampes dans un circuit :
- En série (une seule boucle) : les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres. Si une ampoule grille ou est dévissée, toutes les autres s'éteignent ! Plus on ajoute de lampes, moins elles brillent.
- En dérivation (plusieurs boucles indépendantes) : chaque lampe a sa propre boucle reliée au générateur. Si une lampe grille, les autres continuent de briller normalement.
L'analogie de la maison : Toutes les prises et lampes de ta maison sont branchées en dérivation : quand tu éteins la lumière de ta chambre, la télévision du salon reste allumée !
Circuit en dérivation (plusieurs boucles)
Dans les circuits électriques, le courant et la tension obéissent à des lois très strictes :
- Circuit en série : l'intensité du courant ($I$) est la même partout (loi d'unicité). La tension aux bornes du générateur s'additionne entre les lampes : $U = U_1 + U_2$ (loi d'additivité des tensions).
- Circuit en dérivation : la tension ($U$) est la même aux bornes de toutes les branches. Les intensités s'additionnent au nœud : $I = I_1 + I_2$ (loi des nœuds).
L'analogie de la rivière : Dans un circuit en dérivation, le courant se sépare en deux ruisseaux au carrefour (nœud), puis les deux débits se rejoignent !
Lumière, ombres et système solaire
Sources de lumière et propagation rectiligne
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène (comme l'air ou le vide) à 300 000 km/s.
- Source primaire : objet qui fabrique sa propre lumière (le Soleil, les étoiles, une flamme, une lampe allumée).
- Objet diffusant : objet qui ne produit pas de lumière mais renvoie celle qu'il reçoit (la Lune, une table, ton visage).
En clair : La Lune ne s'allume pas comme une ampoule : elle est simplement éclairée par le Soleil et reflète sa lumière vers la Terre !
Formation des ombres et éclipses
Notre Système solaire est composé d'une étoile centrale (le Soleil) autour de laquelle gravitent 8 planètes :
- 4 planètes rocheuses (telluriques) : Mercure, Vénus, Terre, Mars.
- 4 planètes gazeuses géantes : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.
La phrase magique pour retenir l'ordre des 8 planètes :
« Mon Vieux, Tu M'as Jeté Sur Une Nappe »
(Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) !