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Programme du DS n°4 du 10 janvier

• Toute la chimie de PTSI.
• Optique de PTSI.
• OPT, MF et THE.

Travail personnel (mis à jour le 10 décembre 2024)

• Réviser cours MF-C.
• Terminer MF-TD-1.
• Préparer OPT-TP-1, OPT-TP-2, et OPT-TP-3.

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Tout au long de l'année, pour s'entraîner en autonomie :

• QCM de l'appli QMax
• Cahier d'entraînement Première année
• Cahier d'entraînement Deuxième année

Programmes de colle

Colle n°14 -- du 3 janvier au 7 janvier

MF A : Éléments de statique des fluides dans un référentiel galiléen

contenus	capacités exigibles
Forces surfaciques, forces volumiques.	Distinguer les forces de pression des forces de pesanteur.
Champ de pression. Statique dans le champ de pesanteur uniforme.	Établir la relation entre la dérivée de la pression, la masse volumique, et le champ de pesanteur. Établir l’évolution de la pression avec l’altitude dans le cas d’un fluide incompressible et dans le cas de l’atmosphère isotherme dans le cadre du modèle du gaz parfait. Comparer les variations de pression dans le cas de l’océan et de l’atmosphère.
Résultante de forces de pression. Poussée d'Archimède.	Exprimer la force de pression sur une surface élémentaire en fonction de la pression. Exprimer une surface élémentaire dans un système de coordonnées adapté. Utiliser les symétries pour déterminer la direction d’une résultante de forces de pression. Exprimer une résultante de forces de pression sur une paroi ou sur un objet immergé.

MF B : Description d’un fluide en écoulement stationnaire dans une conduite

contenus

capacités exigibles

Grandeurs eulériennes. Régime stationnaire. Lignes et tubes de courant. Débit massique. Débit volumique. Écoulements laminaires et turbulents. Fluides parfaits. Fluides newtoniens : notion de viscosité. Nombre de Reynolds.

Décrire localement les propriétés thermodynamiques et mécaniques d’un fluide à l’aide des grandeurs intensives pertinentes. Exprimer le débit massique. Exploiter la conservation du débit massique le long d'un tube de courant. Justifier l'intérêt d'utiliser le débit volumique pour l'étude d'un fluide de volume massique uniforme en écoulement. Citer des ordres de grandeur de viscosité dynamique de gaz et de liquides (air, eau et lubrifiant). Relier l’expression de la force surfacique de cisaillement au profil de vitesse dans le cas d'un écoulement parallèle. Exploiter les conditions aux limites du champ de vitesse d’un fluide dans une conduite. Relier le régime d'écoulement au nombre de Reynolds.

Questions de colles PTSI n°4

Questions (cliquer pour afficher/cacher) On considère un système de deux électrodes planes parallèles (type condensateur) distantes de L le long de l’axe (Ox). Elles sont soumises à une tension $U=V(0)-V(L)$. Une particule de charge q est lâchée sans vitesse de l’électrode située en $x=0$, on souhaite qu’elle atteigne la deuxième. Quel doit être le signe de U pour que ce soit possible ? Déterminer la vitesse avec laquelle l’électrode située en $x=L$ est atteinte. On considère une particule de charge $q>0$ dans un champ magnétostatique uniforme ${\overrightarrow {B}}=B{\vec {e}}_{z}$ On admet que la trajectoire est circulaire, parcourue en sens horaire autour de (Oz), et on suppose le vecteur vitesse initiale perpendiculaire au champ magnétique : ${\vec {v}}_{0}=-v_{0}{\vec {e}}_{\theta }$. Montrer que le mouvement est uniforme, puis déterminer la pulsation et le rayon cyclotron. Dans le cas d’un champ de force centrale quelconque, établir la conservation du moment cinétique évalué au centre de force et ses conséquences (planéité du mouvement et loi des aires). En considérant le champ gravitationnel, construire l’énergie potentielle effective adaptée et l’utiliser pour discuter de la nature des trajectoires en fonction de la valeur de l’énergie mécanique. Dans le cas particulier d’un mouvement circulaire dans le champ gravitationnel, montrer que le mouvement est uniforme et établir sa vitesse. Dans le cas particulier d’un mouvement circulaire dans le champ gravitationnel, établir la troisième loi de Kepler et la généraliser au cas d’une trajectoire elliptique. L’expression de la vitesse en orbite circulaire pourra être admise ou redémontrée.

Réponses (cliquer pour afficher/cacher) La particule est lâchée sans vitesse initiale en x=0 et on souhaite qu'elle atteigne une plaque située en x=L>0 donc elle doit être accélérée dans le sens des x croissants, d'où ${\ddot {x}}>0$. La force à laquelle est soumise la particule est ${\overrightarrow {F}}=q{\overrightarrow {E}}$ où ${\overrightarrow {E}}$ est le champ électrique. On sait que le champ électrique orienté dans le sens des potentiels décroissants. Pour obtenir ${\ddot {x}}>0$, il faut donc que 1) si q>0 les potentiels décroissent dans le sens des x croissants et donc $U=V(0)-V(L)>0$ 2) si q<0 les potentiels croissent dans le sens des x croissants et donc $U=V(0)-V(L)<0$. On applique le théorème de l'énergie mécanique à la particule entre les deux plaques. $\Delta E_{m}=\Delta E_{c}+\Delta E_{p}=\Sigma W({\overrightarrow {F}}_{ext}^{nc})$. Il n'y a pas de forces non conservatives. L'énergie potentielle électrostatique d'une charge q placée dans le potentiel électrique V est $E_{p}=qV$. On en déduit : $\left({\frac {1}{2}}mv^{2}(L)+qV(L)\right)-\left({\frac {1}{2}}mv^{2}(0)+qV(0)\right)=0$ d'où $v(L)={\sqrt {\frac {2qU}{m}}}$. La force magnétique ${\overrightarrow {F}}=q{\vec {v}}\wedge {\overrightarrow {B}}$ est par définition du produit vectoriel orthogonale à ${\vec {v}}$ donc sa puissance est toujours nulle de même que son travail : en vertu du théorème de l'énergie cinétique, cette force laisse donc l'énergie cinétique invariante et donc également la norme de la vitesse. Le mouvement est uniforme. On se place en coordonnées polaires avec r = R = Cste et z=0. On exprime la vitesse et l'accélération. On exprime la force magnétique. On applique la deuxième loi de Newton qu'on projette sur ${\vec {e}}_{r}$. On trouve la pulsation ${\dot {\theta }}=-{\frac {qB}{m}}$ et le rayon $R={\frac {mv_{0}}{qB}}$. Cf cours PTSI. On rappelle que la loi des aires est : « en des durées égales, les aires balayées par le rayon-vecteur sont égales », ce qui se traduit, en notant l'aire balayée ${\mathcal {A}}$, par une vitesse de balayage constante exprimée en coordonnées polaires : ${\frac {\mathrm {d} {\mathcal {A}}}{\mathrm {d} t}}=r^{2}{\dot {\theta }}={\frac {\|{\overrightarrow {L}}_{O}\|}{m}}=Cste$. Cf cours PTSI. On rappelle qu'on définit l'énergie potentielle effective come la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique orthoradiale, ce qui s'exprime en coordonnés polaires: $E_{p,eff}(r)=E_{p}(r)+{\frac {1}{2}}{\frac {\|{\overrightarrow {L}}_{O}\|}{mr^{2}}}$. En prenant pour convention $\lim _{r\to \infty }E_{p}(r)=0$ (potentiel nul à l'infini), on a une trajectoire, circulaire (liée) si $E_{m}=E_{p,eff,min}$, elliptique (liée) si $E_{p,eff,min}<E_{m}<0$ et hyperbolique (libre) si $E_{m}>0$. La frontière $E_{m}=0$ sépare les trajectoires libres des trajectoires liées et mène à une trajectoire parabolique. Cf cours PTSI. On rappelle que $v={\sqrt {\frac {GM}{r}}}$ où M est la masse de l'objet attracteur supposé fixe. Cf cours PTSI. On rappelle que la troisième loi de Kepler est : « le rapport du carré de la période de révolution au cube du demi-grand axe est le même pour tous les satellites d'un même astre », ce qui se traduit par ${\frac {T^{2}}{a^{3}}}={\frac {4\pi ^{2}}{GM}}$ où M est la masse de l'astre attracteur supposé fixe et a le demi-grand axe de l'ellipse.

Cahier de texte

Jour	Date	Mois	Activité	Thème	Contenus	Documents distribués / projetés	Temps effectif	DM
lun.	18	nov.	Cours	THE1	B-Premier principe appliqué à la transformation chimique. → Fin.		30	DM-5-correction
			Cours	THE1	C-Second principe appliqué à la transformation chimique → IV.5 a) Vocabulaire		90
mar.	19	nov.	Cours	THE1	C-Second principe appliqué à la transformation chimique.		30
			Cours	THE1	D-Optimisation thermodynamique des procédés chimiques → III.2 Autres paramètres (sauf discussion complète sur influence de p)		90
mer.	20	nov.	TD	THE-TD-2 THE-TD-3		THE-TD-2-correction THE-TD-3 THE-Plan-C THE-Plan-D
jeu.	21	nov.	TP	PTSI-TP-4 PTSI-TP-5	Focométrie + goniomètre
ven.	22	nov.
sam.	23	nov.
dim.	24	nov.
lun.	25	nov.	Cours	THE1	D-Optimisation thermodynamique des procédés chimiques → Ifin.
			Cours	MF
			TIPE
mar.	26	nov.	Cours	MF
			Cours	MF
mer.	27	nov.	TD	THE-TD-3 THE-TD-4		THE-TD-3-correction THE-TD-4-correction MF-Plan-C MF-TD-1
jeu.	28	nov.	TP	PTSI-TP-4 PTSI-TP-5	Focométrie + goniomètre	OPT-TP-1 OPT-TP-2 OPT-TP-3
ven.	29	nov.	Évaluation	DS-3

Plans de cours

Compétences transverses

• Plan CT

Électronique

• Plan ELN-A
• Plan ELN-B
• Plan ELN-C

Optique ondulatoire

• Plan OPT-A
• Plan OPT-B

Thermodynamique

• Plan THE-A
• Plan THE-B
• Plan THE-C
• Plan THE-D

Mécanique des fluides

• Plan MF-A
• Plan MF-B
• Plan MF-C

Questions de colles PTSI

Toutes les questions de colles PTSI

Documents de cours

Compétences transverses

• Polycopié
• Code pour tracer un histogramme
• Code pour calculer un écart-type échantillonnal
• Feuille de calcul LibreOffice utilisant DROITEREG
• Code pour réaliser un ajustement affine
• Code pour tracer des barres d'incertitudes
• Code d'une étude complète de la loi de Hooke
• Code pour simuler une variabilité uniforme
• Code pour simuler une variabilité gaussienne
• Code pour simuler une incertitude-type composée
• Aide-mémoire NumPy
• Aide-mémoire Matplotlib
• Table de Student

Compléments mathématiques

• Polycopié

Rappels de PTSI

• Cahier d'entraînement
• Vocabulaire de la chimie
• Rappels de cristallographie
• Rappels d'induction et sur les forces de Laplace
• Rappels sur les sources lumineuses
• Espèces acido-basiques à connaître
• Comment équilibrer une équation-bilan redox ?
• Oxydants et réducteurs à connaître et demi-équations électroniques
• Rappels de thermodynamique

Électronique

• Diagramme de Bode en gain du passe-bande d'ordre deux
• Diagramme de Bode en gain du passe-haut d'ordre deux
• Diagramme de Bode en gain du passe-bas d'ordre deux
• Script python illustrant l'effet du facteur de qualité sur le diagramme de Bode d'un filtre passe-bande d'ordre deux
• ELN-cours-C-chapitre Résumé des critères d'oscillations sinusoïdales

Mécanique des fluides

• Site windfinder de visualisation de carte de courant de vents. Dans « style de carte » : bords = lagrangienne, gradient = eulérienne.
• Vidéo de visualisation de lignes de courant et de types d'écoulement autour d'une aile d'avion.

Thermodynamique

• THE-cours-E Exemples de diagrammes de fluides réels
• THE-cours-G Analogies électro-thermiques

Optique ondulatoire

• « Réseau en transmission » sur le site de l'académie de Normandie.
• OPT-B : document support sur les fentes d'Young
• « Fentes d'Young » sur le site de l'Institut d'optique.
• OPT-B  : document support sur le Michelson
• « Michelson » sur le site de l'Institut d'optique.
• « L'interféromètre de Michelson, configuration en lame d'air » sur le site de l'ENS Lyon.

Mécanique des fluides

• Baromètre de Torricelli et théorème de Pascal
• Vidange d'un réservoir

Électromagnétisme

• ELM-A Analogies électro-gravitationnelles
• ELM-D-IV : Exemples de bilan d’énergie
• Visualisations :
  • Ondes progressives
  • Polarisation d'une onde électromagnétique
  • Effet d'un polariseur
  • Réflexion sur un conducteur
• ELM-E-III : Courants surfaciques

Listes de toutes les démonstrations de cours exigibles

• Démonstrations de cours exigibles PT
• Démonstrations de cours exigibles PTSI

Listes des ordres de grandeur exigibles

• Ordres de grandeur exigibles

Travaux dirigés

Compétences transverses

• PTSI-TD-0 | Correction

Cristallographie

• PTSI-TD-1 | Correction

Induction et forces de Laplace

• PTSI-TD-2 | Correction

Électronique

• ELN-TD-1 | Correction
• ELN-TD-2 | Correction
• ELN-TD-3 | Correction
• OPT-TD-1 | Correction
• THE-TD-1 | Correction
• THE-TD-2 | Correction
• THE-TD-3 | Correction
• THE-TD-4 | Correction

Mécanique des fluides

• MF-TD-1 | Correction
• MF-TD-2 | Correction
• MF-TD-3

Travaux pratiques

• Cahier des charges de l'épreuve de TP Banque PT

Thermodynamique

• PTSI-TP-1 Calorimétrie | Feuille de calcul utilisant DROITEREG (ods) | Feuille de calcul utilisant DROITEREG (xlsx) | Notice multimètre MX 54C

Électronique

• ELN-TP-1 Filtrage analogique
• ELN-TP-2 ALI (1)
• ELN-TP-3 ALI (2)
• ELN-TP-4 Oscillateurs quasi-sinusoïdaux
• ELN-TP-5 Oscillateurs de relaxation

Chimie

• PTSI-TP-2 Dosage acide-base | Correction
• PTSI-TP-3 Potentiométrie | Correction

Optique

• PTSI-TP-4 Goniomètre
• PTSI-TP-5 Focométrie
• Vidéo du labo de Saint-Louis, présentant l'interféromètre de Michelson
• Vidéo du labo de Saint-Louis, présentant les réglages initiaux de l'interféromètre de Michelson
• OPT-TP-1 Spectroscope
• OPT-TP-2 Michelson (1)
• OPT-TP-3 Trous d'Young

Capacités numériques

• CN-Activité-PTSI (méthode d'Euler explicite et applications)

Devoirs

Corrélation entre notes en interro/QCM de cours et notes en DS pour la classe de PT 2024-2025 du lycée Voltaire. Le coefficient de détermination (r² = 0,602) signifie que, si on admet l'hypothèse que les notes en interro/QCM traduisent la connaissance du cours et que cette connaissance est un paramètre d'influence affine sur les notes de DS, alors on peut expliquer 60,2 % des écarts de notes en DS entre deux élèves par leurs écarts de connaissance du cours. Les autres paramètres d'influence pouvant expliquer les 39,8 % restants sont, par exemple : le travail personnel des TD et TP (y compris les corrigés), l'investissement dans les révisions pour les colles, l'appétence pour tel ou tel type d'exercice ou de thématique, la stratégie pendant le DS, la fatigue, la chance, le stress, etc.

• Codes de correction

Cours

• QCM-1 | QCM-2 | QCM-3 | QCM-4 | QCM-5 | QCM-6 | QCM-7 | QCM-8 | QCM-9 | QCM-10 | QCM-11 | QCM-12
• IC-0 | IC-1 | IC-2 | IC-3 | IC-4 | IC-5 | IC-5,5

DM

• DM-1 | Correction
• DM-2 | Correction
• DM-3 | Correction
• DM-4 | Correction
• DM-5 | Correction
• DM-6

DS

• DS-1 | Correction | Statistiques | Histogramme
• DS-2 | Correction | Statistiques | Histogramme
• DS-3 | Correction | Statistiques | Histogramme

TIPE

Généralités

• Introduction au TIPE
• Attendus pédagogiques
• Lien vers la partie « Ingénierie » de la bibliothèque de la Sorbonne
• Site de dépôt de présentation pour vos passages en TIPE pendant l'année

• Calendrier TIPE (cliquer pour afficher)

Calendrier session 2024

Étape 1	Titre et MCOT	du 18 janvier à 9 h	au	1er février 2024 à 14 h
Étape 2	Présentation	du 27 février à 9 h	au	11 juin 2024 à 14 h
Étape 3	Validation	du 13 juin à 9 h	au	21 juin 2024 à 14 h

Mise en forme minimale

• pdf en format 4/3 (largeur/hauteur).
• Diapositive de titre.
• Diapositive d'introduction et objectifs.
• Diapositive de plan (sommaire).
• Diapositives de développements du plan.
• Diapositive de conclusion.

Les diapositives doivent être numérotées.

• Un exemple de présentation LibreOffice à adapter à vos besoins/goûts puis à exporter au format pdf.

Matériels et labo de physique pour le TIPE

Le laboratoire de physique est accessible les lundis de 16 h à 18 h. On prévient le professeur et on remplit le formulaire le plus tôt possible et au plus tard le mercredi avant la date voulue.

• Remplir le formulaire.

Quelques éléments de code utile pour le TIPE

• Code pour tracer un histogramme
• Code pour calculer un écart-type échantillonnal
• Feuille de calcul LibreOffice utilisant DROITEREG
• Code pour réaliser un ajustement affine
• Code pour tracer des barres d'incertitudes
• Code d'une étude complète de la loi de Hooke
• Code pour simuler une variabilité uniforme
• Code pour simuler une variabilité gaussienne
• Code pour simuler une incertitude-type composée
• Aide-mémoire NumPy
• Aide-mémoire Matplotlib

Moteurs de recherche spécialisés

• Archives de la science ouverte
  • en physique
  • en sciences de l'ingénieur
• Google Livres
• Google Publications scientifiques

Logiciels

• Tracker : analyse de vidéo (pointeur/traqueur) et outils de modélisation associés
  • Tutoriel 1
  • Tutoriel 2
  • Tutoriel 3

Textes officiels

• Programme officiel de Physique-chimie en PT
• Programme officiel de Physique-chimie en PTSI
• Rapport de jury des écrits de physique-chimie
• Rapport de jury des oraux de physique-chimie
• Rapport de jury des oraux de manipulation de physique
• Cahier des charges Épreuve A
• Cahier des charges Épreuve B Partie Chimie
• Cahier des charges Partie Thermodynamique (inclut la Mécanique des fluides)
• Cahier des charges de l'épreuve orale de physique-chimie
• Cahier des charges de l'épreuve orale de manipulation de physique

• Programme de physique-chimie de PT détaillé par blocs (cliquer pour afficher)

• 1.1. Éléments de statique des fluides dans un référentiel galiléen
• 1.2. Expression différentielle des principes de la thermodynamique
• 1.3. Diagrammes d'état des fluides réels purs
• 1.4. Description d’un fluide en écoulement stationnaire dans une conduite
• 1.5. Énergétique des fluides en écoulement dans une conduite (a)
• 1.5. Énergétique des fluides en écoulement dans une conduite (b)
• 1.6.1. Étude de quelques dispositifs d’une installation industrielle
• 1.6.2. Cycles industriels
• 2.1. Stabilité des systèmes linéaires
• 2.2. Rétroaction
• 2.3. Oscillateurs
• 2.4. Électronique numérique
• 3.1. Modèle scalaire des ondes lumineuses
• 3.2. Superposition d’ondes lumineuses
• 3.3. Exemple de dispositif interférentiel par division du front d’onde : trous d'Young
• 3.4. Exemple de dispositif interférentiel par division d’amplitude : interféromètre de Michelson
• 4.1. Électrostatique
• 4.2. Magnétostatique
• 4.3. Équations de Maxwell
• 4.4. Énergie du champ électromagnétique
• 4.5. Propagation
• 5.1. Premier principe de la thermodynamique appliqué aux transformations physico-chimiques
• 5.2. Deuxième principe de la thermodynamique appliqué aux transformations physico-chimiques
• 6.1. Étude thermodynamique des réactions d’oxydo-réduction
• 6.2. Étude cinétique des réactions d’oxydo-réduction : courbe courant-potentiel
• 6.3. Stockage et conversion d‘énergie chimique dans des dispositifs électrochimiques
• 6.4. Corrosion humide ou électrochimique

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