Lernzettel: Électricité, fluides et ondes

Plan du Cours

  1. Limites et dérivées
  2. Intégrales et primitives
  3. Fonctions usuelles
  4. Géométrie des aires et volumes
  5. Vecteurs et projections
  6. Bases vectorielles et projections
  7. Référentiels et mouvement
  8. Quantité de mouvement et Newton
  9. Énergies, travail et puissance
  10. Champs et distributions électriques
  11. Potentiel et dipôle électriques
  12. Condensateur et électrocardiogramme
  13. Électrocardiogramme et dipôle cardiaque
  14. Fluides parfaits au repos
  15. Fluides parfaits en mouvement
  16. Fluides visqueux et résistances
  17. Gaz parfaits et pressions partielles
  18. Ondes sonores et interfaces

1. Limites et dérivées

Notions clés & Définitions

  • Limite : Valeur vers laquelle la fonction se rapproche lorsque sa variable tend vers cette valeur, qui peut être finie ou infinie.
  • Dérivée : Coefficient directeur de la tangente à sa courbe en ce point.

★ À maîtriser

📐 Formule — La dérivée vérifie f(x)=limΔx0ΔfΔx=dfdxf'(x)=\lim_{\Delta x\to0}\frac{\Delta f}{\Delta x}=\frac{df}{dx} et la différentielle vérifie df=f(x)dxdf=f'(x)\,dx.

📌 Si la dérivée est positive, la fonction est croissante ; si elle est négative, la fonction est décroissante ; si elle est nulle, la fonction est constante localement, et un changement de signe indique un extremum local.

📌 Si la dérivée seconde est positive, la fonction est convexe ; si elle est négative, la fonction est concave ; si elle est nulle sans changement de signe, la courbe est affine, et un changement de signe indique un point d’inflexion.

Compléments

📐 Formule — La limite du potentiel électrique V(r)=q4πεrV(r)=\frac{q}{4\pi\varepsilon r} lorsque la distance tend vers l’infini vaut limr+V(r)=0\lim_{r\to+\infty}V(r)=0.

📐 Formule — La dérivée seconde vérifie f(x)=ddx(dfdx)=d2fdx2f''(x)=\frac{d}{dx}\left(\frac{df}{dx}\right)=\frac{d^2f}{dx^2}.

Astuce mémo

Écart infinitésimal → pente locale → variations de la fonction

2. Intégrales et primitives

Notions clés & Définitions

  • Intégrale : Aire algébrique obtenue comme la limite d’une somme de rectangles infinitésimaux.
  • Primitive : Fonction F dont la dérivée est f.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour n rectangles de largeur Δx=xnx1n\Delta x=\frac{x_n-x_1}{n}, l’aire approchée vaut Atot=k=1nf(xk)ΔxA_{tot}=\sum_{k=1}^{n}f(x_k)\Delta x et l’intégrale vaut Acourbe=x1xnf(x)dxA_{courbe}=\int_{x_1}^{x_n}f(x)\,dx.

📐 Formule — Les propriétés fondamentales sont l’additivité abf(x)dx+bcf(x)dx=acf(x)dx\int_a^b f(x)dx+\int_b^c f(x)dx=\int_a^c f(x)dx, la symétrie abf(x)dx=baf(x)dx\int_a^b f(x)dx=-\int_b^a f(x)dx et la linéarité ab[f(x)+g(x)]dx=abf(x)dx+abg(x)dx\int_a^b[f(x)+g(x)]dx=\int_a^b f(x)dx+\int_a^b g(x)dx.

📐 Formule — Le théorème fondamental de l’analyse donne abf(x)dx=F(b)F(a)\int_a^b f(x)dx=F(b)-F(a) lorsqu’une primitive F de f est connue.

Compléments

📐 Formule — Deux primitives d’une même fonction diffèrent d’une constante, selon F1(x)=F2(x)+CF_1(x)=F_2(x)+C.

📐 Formule — L’intégration par parties vérifie abuvdx=[uv]ababuvdx\int_a^b u'v\,dx=[uv]_a^b-\int_a^b uv'\,dx.

Astuce mémo

Rectangles → somme → intégrale → primitive aux bornes

3. Fonctions usuelles

Notions clés & Définitions

  • Exponentielle : Fonction définie sur R\mathbb{R}, prenant des valeurs strictement positives, vérifiant exp(0)=1\exp(0)=1 et égale à sa dérivée et à une primitive à constante près.
  • Logarithme népérien : Le logarithme népérien est la fonction réciproque de l’exponentielle et n’est défini que pour les réels strictement positifs.
  • Fonction trigonométrique : Fonctions dont le graphe se répète selon une période T vérifiant f(x)=f(x+T)f(x)=f(x+T).

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour tous réels a et b, l’exponentielle vérifie ea+b=eaebe^{a+b}=e^a e^b, ea=1eae^{-a}=\frac{1}{e^a} et eab=(ea)b=(eb)ae^{ab}=(e^a)^b=(e^b)^a.

📐 Formule — Le logarithme népérien vérifie ln(ex)=x\ln(e^x)=x, eln(x)=xe^{\ln(x)}=x, ln(x)=1x\ln'(x)=\frac{1}{x} et ln(x)dx=x(ln(x)1)\int\ln(x)dx=x(\ln(x)-1).

📐 Formule — La variation relative d’une grandeur Q est ΔQQ=QfinalQinitialQinitial\frac{\Delta Q}{Q}=\frac{Q_{final}-Q_{initial}}{Q_{initial}} ; pour un débit passant de 10 m3.s−1 à 15 m3.s−1, elle vaut 0,5, soit 50 %.

📐 Formule — Pour E=Q4πε0r2E=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0r^2}, si ΔQQ=1,5%\frac{\Delta Q}{Q}=1{,}5\% et Δrr=3%\frac{\Delta r}{r}=-3\%, alors ΔEE=7,5%\frac{\Delta E}{E}=7{,}5\%.

📐 Formule — Sur le cercle trigonométrique, le sinus et le cosinus vérifient cos2(x)+sin2(x)=1\cos^2(x)+\sin^2(x)=1 et un tour complet correspond à 360°=2πrad360°=2\pi\,rad.

📐 Formule — Les dérivées et primitives vérifient cos(x)=sin(x)\cos'(x)=-\sin(x), sin(x)=cos(x)\sin'(x)=\cos(x), cos(x)dx=sin(x)\int\cos(x)dx=\sin(x) et sin(x)dx=cos(x)\int\sin(x)dx=-\cos(x).

📐 Formule — La tangente est définie par tan(x)=sin(x)cos(x)\tan(x)=\frac{\sin(x)}{\cos(x)} pour xπ2+kπx\ne\frac{\pi}{2}+k\pi avec kZk\in\mathbb{Z}, et sa dérivée vaut tan(x)=1+tan2(x)=1cos2(x)\tan'(x)=1+\tan^2(x)=\frac{1}{\cos^2(x)}.

Compléments

📐 Formule — La différentielle logarithmique vérifie dln(x)=dxxd\ln(x)=\frac{dx}{x} et permet de traiter les variations relatives de grandeurs imbriquées.

Astuce mémo

Exponentielle croissante, logarithme croissant et concave

4. Géométrie des aires et volumes

★ À maîtriser

📐 Formule — Les principales aires sont Acarreˊ=a2A_{carré}=a^2, Arectangle=LA_{rectangle}=L\ell, Adisque=πr2A_{disque}=\pi r^2, Aspheˋre=4πr2A_{sphère}=4\pi r^2 et Acylindre=2πrL+2πr2A_{cylindre}=2\pi rL+2\pi r^2.

📐 Formule — Les principaux volumes sont Vcube=a3V_{cube}=a^3, Vpaveˊ=LhV_{pavé}=L\ell h, Vspheˋre=43πr3V_{sphère}=\frac{4}{3}\pi r^3 et Vcylindre=πr2LV_{cylindre}=\pi r^2L.

📐 Formule — Un angle plan en radians vérifie α=AB^R\alpha=\frac{\widehat{AB}}{R}, varie de 0 à 2π2\pi et correspond à un arc de longueur comprise entre 0 et 2πr2\pi r.

📐 Formule — Un angle solide en stéradians vérifie Ω=AR2\Omega=\frac{A}{R^2}, varie de 0 à 4π4\pi et correspond à une surface comprise entre 0 et 4πr24\pi r^2.

Compléments

  • L’aire représente la surface d’une figure et s’exprime en mètres carrés dans le système international.

5. Vecteurs et projections

Notions clés & Définitions

  • Vecteur : Objet mathématique caractérisé par un point d’application, une direction, un sens et une norme.
  • Base vectorielle : Ensemble de vecteurs non colinéaires permettant de décrire tout vecteur comme une combinaison linéaire de ses vecteurs unitaires.
  • Projection vectorielle : Détermination de la valeur de la composante d’un vecteur selon un axe.

★ À maîtriser

📐 Formule — Si un vecteur de norme v\|\vec v\| forme un angle α avec les axes perpendiculaires, ses composantes vérifient vx=cos(α)v\|\vec v_x\|=\cos(\alpha)\|\vec v\| et vy=sin(α)v\|\vec v_y\|=\sin(\alpha)\|\vec v\|.

Compléments

  • La norme d’un vecteur entre A et B est égale à la distance entre A et B, et la norme du vecteur AB\overrightarrow{AB} vaut 5 cm dans l’exemple présenté.

📐 Formule — Dans une base orthonormée, le vecteur OA=2i+j\overrightarrow{OA}=2\vec{i}+\vec{j} et un vecteur non nul vérifie OM=OMui\overrightarrow{OM}=\|OM\|\vec{u_i}.

Astuce mémo

Un vecteur fléché se décompose sur les axes en deux composantes

6. Bases vectorielles et projections

Notions clés & Définitions

  • Base vectorielle : Ensemble de vecteurs unitaires non colinéaires, souvent orthogonaux, qui permet d’exprimer tout vecteur comme une combinaison linéaire.

★ À maîtriser

📐 Formule — La projection d’un vecteur de norme v\|\vec v\| faisant un angle α avec l’axe des abscisses vérifie vx=vcos(α)\|\vec v_x\|=\|\vec v\|\cos(α) et vy=vsin(α)\|\vec v_y\|=\|\vec v\|\sin(α).

Compléments

📐 Formule — Le vecteur allant de O vers M s’écrit OM=OMui\overrightarrow{OM}=\|OM\|\,\vec u_i, où ui\vec u_i est le vecteur unitaire orienté de O vers M.

Astuce mémo

Base → composantes → projection

7. Référentiels et mouvement

Notions clés & Définitions

  • Référentiel : Objet ou système de référence auquel on associe un repère de temps et d’espace pour étudier la position et le mouvement d’un système.
  • Référentiel galiléen : Référentiel dans lequel tout corps ne subissant aucune force décrit un mouvement rectiligne uniforme.

Points essentiels

📐 Formule — Dans un repère cartésien, le vecteur position du point M(x,y,z) est OM=xux+yuy+zuz\overrightarrow{OM}=x\vec u_x+y\vec u_y+z\vec u_z et sa norme vaut OM=x2+y2+z2\|\overrightarrow{OM}\|=\sqrt{x^2+y^2+z^2}.

📐 Formule — La vitesse est la dérivée temporelle de la position et l’accélération est la dérivée temporelle de la vitesse : v=dOMdt\vec v=\frac{d\overrightarrow{OM}}{dt} et a=dvdt=d2OMdt2\vec a=\frac{d\vec v}{dt}=\frac{d^2\overrightarrow{OM}}{dt^2}.

Astuce mémo

Immobile dans un référentiel, mobile dans un autre

8. Quantité de mouvement et Newton

Points essentiels

📐 Formule — La quantité de mouvement d’un système de masse m et de vitesse v\vec v est p=mv\vec p=m\vec v et s’exprime en kgms1kg\cdot m\cdot s^{-1}.

📌 Selon la première loi de Newton, la résultante des forces est nulle pour un système au repos ou en mouvement rectiligne uniforme : F=0\sum\vec F=\vec 0.

📐 Formule — Dans un référentiel galiléen, la deuxième loi de Newton donne Fext=dpdt\sum\vec F_{ext}=\frac{d\vec p}{dt}, et pour une masse constante Fext=ma\sum\vec F_{ext}=m\vec a.

Astuce mémo

Force résultante → variation de la quantité de mouvement

9. Énergies, travail et puissance

★ À maîtriser

📐 Formule — L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de toutes les énergies potentielles : Em=Ec+EpotE_m=E_c+\sum E_{pot}.

📐 Formule — L’énergie cinétique d’un système de masse m et de vitesse v vaut Ec=12mv2E_c=\frac{1}{2}mv^2.

📐 Formule — Les énergies potentielles de pesanteur et élastique sont respectivement Epp=mgzE_{pp}=mgz et Epe=12kx2=12k(ll0)2E_{pe}=\frac{1}{2}kx^2=\frac{1}{2}k(l-l_0)^2.

📐 Formule — Le travail élémentaire d’une force vaut dW=Fdl=Fdlcos(θ)dW=\vec F\cdot d\vec l=F\,dl\cos(θ) et le travail entre A et B vaut WAB=ABFdlW_{AB}=\int_A^B\vec F\cdot d\vec l.

📐 Formule — Le théorème de l’énergie cinétique donne WAB=ΔEc=12m(vB2vA2)W_{AB}=\Delta E_c=\frac{1}{2}m(v_B^2-v_A^2), en tenant compte des travaux de toutes les forces.

📌 Pour des forces conservatives, le travail est indépendant du chemin suivi et l’énergie mécanique du système se conserve.

Compléments

📐 Formule — La puissance est l’énergie ou le travail échangé par unité de temps et vérifie P=dEdt=dWdt=FvP=\frac{dE}{dt}=\frac{dW}{dt}=\vec F\cdot\vec v.

Astuce mémo

Travail moteur → gain d’énergie cinétique

10. Champs et distributions électriques

★ À maîtriser

📐 Formule — La force gravitationnelle entre deux masses mA et mB séparées par une distance r a pour norme Fg=GmAmBr2\|\vec F_g\|=G\frac{m_Am_B}{r^2} et elle est toujours attractive.

📐 Formule — La force électrostatique entre deux charges q1 et q2 séparées par r a pour norme Fe=14πεq1q2r2\|\vec F_e\|=\frac{1}{4\pi\varepsilon}\frac{q_1q_2}{r^2}.

📐 Formule — Une densité de charge linéique, surfacique ou volumique vérifie respectivement λ=dqdl\lambda=\frac{dq}{dl}, σ=dqdS\sigma=\frac{dq}{dS} et ρ=dqdV\rho=\frac{dq}{dV}.

📐 Formule — Le champ électrique créé par une charge ponctuelle Q à une distance r vaut E=Q4πεr2E=\frac{Q}{4\pi\varepsilon r^2} et la force exercée sur une charge q vaut Fe=qE\vec F_e=q\vec E.

Compléments

  • L’interaction faible a une portée de l’ordre de 1018m10^{-18}\,m et est à l’origine de nombreux phénomènes radioactifs.

  • L’interaction forte a une portée de l’ordre de 1015m10^{-15}\,m et contribue notamment à la cohésion du noyau atomique.

📐 Formule — Pour une distribution discrète de charges, le champ électrique total est la somme vectorielle des champs individuels : Etot=iEi\vec E_{tot}=\sum_i\vec E_i.

Astuce mémo

λ linéique, σ surfacique, ρ volumique

11. Potentiel et dipôle électriques

Notions clés & Définitions

  • Dipôle électrique : Formé de deux charges de valeurs absolues égales et de signes opposés, séparées par une faible distance.

Points essentiels

📐 Formule — L’énergie potentielle électrostatique de deux charges ponctuelles q et Q séparées par r vaut Ep=qQ4πεrE_p=\frac{qQ}{4\pi\varepsilon r}.

📐 Formule — Le potentiel électrostatique créé par une charge ponctuelle Q vaut V=Q4πεrV=\frac{Q}{4\pi\varepsilon r} et l’énergie potentielle d’une charge q vérifie Ep=qVE_p=qV.

📐 Formule — Le champ électrique est lié au potentiel par E=dVdrE=-\frac{dV}{dr}.

📐 Formule — Le moment dipolaire est p=qNP\vec p=q\overrightarrow{NP}, orienté de la charge négative vers la charge positive, et son potentiel lointain vérifie V(r)=pur4πεr2V(r)=\frac{\vec p\cdot\vec u_r}{4\pi\varepsilon r^2}.

Astuce mémo

Charge ponctuelle : 1/r ; dipôle : 1/r²

12. Condensateur et électrocardiogramme

Notions clés & Définitions

  • Condensateur plan : Dispositif composé de deux plaques uniformément chargées et de signes opposés, disposées face à face pour stocker et libérer de l’énergie électrique.
  • Électrocardiogramme : Examen qui mesure l’activité électrique cardiaque grâce à des électrodes placées sur le corps du patient.

★ À maîtriser

📐 Formule — Entre les plaques d’un condensateur, le champ électrique est uniforme et orienté de la plaque positive vers la plaque négative, avec E=σε=QεS\|\vec E\|=\frac{\sigma}{\varepsilon}=\frac{Q}{\varepsilon S}, tandis qu’il est nul à l’extérieur.

📐 Formule — La différence de potentiel entre les plaques vérifie ΔV=Eh=σhε|\Delta V|=Eh=\left|\frac{\sigma h}{\varepsilon}\right|, et le potentiel décroît linéairement de la plaque positive vers la plaque négative.

📐 Formule — La capacité d’un condensateur vérifie C=QΔV=SεhC=\left|\frac{Q}{\Delta V}\right|=\frac{|S\varepsilon|}{h} et dépend uniquement de sa géométrie et du matériau entre les plaques.

  • Une cellule cardiaque se contracte après une dépolarisation provoquée par l’entrée de charges positives à travers des canaux membranaires.

Compléments

  • Une membrane plasmique se comporte comme un condensateur dont le feuillet interne est négatif et le feuillet externe positif au repos.

Astuce mémo

Dépolarisation → dipôle cardiaque → projection mesurée par l’ECG

13. Électrocardiogramme et dipôle cardiaque

Notions clés & Définitions

  • Électrocardiogramme : Examen médical qui suit l’activité électrique du cœur grâce à des électrodes placées sur le corps.
  • Polarisation : État de repos d’une cellule myocardique dont l’extérieur membranaire est positif et l’intérieur négatif en raison d’une répartition inégale des ions.
  • Dépolarisation : Inversion de la polarité membranaire d’une cellule cardiaque par entrée de charges positives à travers des canaux ioniques, et elle précède sa contraction.
  • Dipôle cardiaque : Représente la répartition des charges liée à la propagation de la dépolarisation dans le cœur, et son moment dipolaire varie en norme et en direction au cours du temps.

★ À maîtriser

📌 Une dérivation ECG fournit une projection algébrique du moment dipolaire cardiaque sur un axe, et cette projection peut être positive, négative ou nulle selon l’angle entre les deux vecteurs.

  • 🔄 Pour déterminer l’orientation du moment dipolaire, on:
    1. étudie le signe d’une dérivation
    2. barre la moitié du cercle incompatible
    3. choisit une dérivation perpendiculaire
    4. répète jusqu’à conserver un seul secteur

Compléments

📐 Formule — La norme du moment dipolaire se calcule à partir de deux projections orthogonales selon p=(pux)2+(puy)2p=\sqrt{(\vec p\cdot\vec u_x)^2+(\vec p\cdot\vec u_y)^2}.

Astuce mémo

Dépolarisation progressive → dipôle cardiaque variable → projections mesurées par l’ECG

14. Fluides parfaits au repos

Notions clés & Définitions

  • Masse volumique : Masse par unité de volume d’un fluide et vérifie ρ=mV\rho=\frac{m}{V}.
  • Pression : Force exercée par unité de surface et vérifie p=FSp=\frac{F}{S}.

★ À maîtriser

  • Les unités de pression vérifient 1 bar=1 atm=760 mmHg=105 Pa1\ \mathrm{bar}=1\ \mathrm{atm}=760\ \mathrm{mmHg}=10^5\ \mathrm{Pa}.

📐 Formule — La loi hydrostatique différentielle s’écrit dp+ρgdz=0dp+\rho g\,dz=0 et entre deux points pApB=ρg(zBzA)p_A-p_B=\rho g(z_B-z_A).

Compléments

  • La conversion entre litres et unités SI est 1 L=1 dm3=103 m31\ \mathrm{L}=1\ \mathrm{dm^3}=10^{-3}\ \mathrm{m^3}.

📌 À une interface air-liquide en contact avec l’air ambiant, la pression du fluide est égale à la pression atmosphérique patmp_{atm}.

📐 Formule — La tension sanguine est définie par T=psangpatmT=p_{sang}-p_{atm}.

Astuce mémo

Altitude élevée : pression basse ; profondeur croissante : pression haute

15. Fluides parfaits en mouvement

★ À maîtriser

📐 Formule — Le débit volumique est le volume traversant une section par unité de temps et vérifie Q=dVdt=SvQ=\frac{dV}{dt}=Sv.

📌 Dans un circuit en série, le débit se conserve et vérifie Q1=Q2Q_1=Q_2, donc S1v1=S2v2S_1v_1=S_2v_2.

  • Lorsque la section d’un tuyau diminue, la vitesse du fluide augmente selon l’effet Venturi.

📌 Dans un circuit en parallèle, le débit total est la somme des débits des branches et vérifie Qtot=Q1+Q2+Q3Q_{tot}=Q_1+Q_2+Q_3.

📐 Formule — La loi de Bernoulli exprime la conservation de l’énergie totale d’un fluide parfait entre deux points : pA+ρgzA+12ρvA2=pB+ρgzB+12ρvB2p_A+\rho gz_A+\frac12\rho v_A^2=p_B+\rho gz_B+\frac12\rho v_B^2.

Compléments

📐 Formule — La section d’un tuyau cylindrique de rayon r vérifie S=πr2S=\pi r^2.

📐 Formule — Une pompe fournit une surpression Δπ\Delta\pi et sa puissance vérifie Ppompe=Δπ×QP_{pompe}=\Delta\pi\times Q.

Astuce mémo

Série : même débit ; parallèle : même perte de charge

16. Fluides visqueux et résistances

Notions clés & Définitions

  • Viscosité : Caractérise les frottements internes d’un fluide réel et les frottements du fluide contre la paroi du tuyau.

★ À maîtriser

📌 Dans un fluide réel, le profil de vitesse est parabolique, avec une vitesse maximale au centre du tube et nulle aux parois, tandis que dans un fluide parfait la vitesse est homogène.

📐 Formule — La vitesse moyenne d’un fluide visqueux vérifie vˉ=12vmax\bar v=\frac12v_{max} et le débit vérifie Q=SvˉQ=S\bar v.

📐 Formule — La résistance hydraulique d’un tuyau vérifie R=8ηLπa4R=\frac{8\eta L}{\pi a^4}.

📐 Formule — La perte de charge due aux frottements visqueux est positive et vérifie Δp=RQ\Delta p=RQ.

📐 Formule — Pour un fluide visqueux, le théorème de Bernoulli modifié s’écrit pA+ρgzA+12ρvA2=pB+ρgzB+12ρvB2+Δpp_A+\rho gz_A+\frac12\rho v_A^2=p_B+\rho gz_B+\frac12\rho v_B^2+\Delta p.

📐 Formule — En série, les résistances équivalentes s’additionnent selon Req=iRiR_{eq}=\sum_iR_i, tandis qu’en parallèle leurs inverses s’additionnent selon 1Req=i1Ri\frac1{R_{eq}}=\sum_i\frac1{R_i}.

Compléments

📐 Formule — La puissance dissipée par les frottements vérifie Pdissipeˊe=Δp×Q=RQ2P_{dissipée}=\Delta p\times Q=RQ^2.

Astuce mémo

Série : résistances s’additionnent ; parallèle : inverses des résistances s’additionnent

17. Gaz parfaits et pressions partielles

Notions clés & Définitions

  • Mole : Unité permettant de compter les particules par paquet, une mole correspondant à NA=6,02×1023N_A=6{,}02\times10^{23} molécules.

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière vérifie n=NNAn=\frac{N}{N_A} et, à partir de la masse molaire, n=mMn=\frac{m}{M}.

📐 Formule — La loi des gaz parfaits s’écrit pV=nRT=NkTpV=nRT=NkT.

📐 Formule — Dans un mélange gazeux, la pression totale est la somme des pressions partielles selon ptot=ipip_{tot}=\sum_i p_i.

📐 Formule — Pour une espèce i, la fraction de pression vérifie pip=nintot=NiNtot\frac{p_i}{p}=\frac{n_i}{n_{tot}}=\frac{N_i}{N_{tot}}.

Compléments

📐 Formule — La pression exercée par un fluide sur une surface vérifie p=FSp=\frac{F}{S}, avec une pression exprimée en pascals dans le système international.

📐 Formule — La conversion de température est T(K)=T(C)+273,15T(\mathrm K)=T(^{\circ}\mathrm C)+273{,}15.

18. Ondes sonores et interfaces

Notions clés & Définitions

  • Onde mécanique : Propagation d’une perturbation qui produit des variations réversibles de propriétés physiques locales, sans transport de matière mais avec transport d’énergie.

★ À maîtriser

📌 Une onde transversale perturbe le milieu perpendiculairement à sa direction de propagation, tandis qu’une onde longitudinale le perturbe dans la même direction.

  • Les ondes sonores sont longitudinales et résultent de la propagation d’une faible surpression qui fait osciller les molécules autour de leur position d’équilibre.

📐 Formule — La célérité d’une onde vérifie c=λT=λνc=\frac{\lambda}{T}=\lambda\nu, avec ν=1T\nu=\frac1T.

📐 Formule — La puissance d’une onde est l’énergie émise par unité de temps P=dEdtP=\frac{dE}{dt} et son intensité est la puissance par unité de surface I=PSI=\frac{P}{S}.

📐 Formule — Pour une onde sphérique isotrope, l’intensité à la distance r vérifie I=P4πr2I=\frac{P}{4\pi r^2} et diminue donc comme 1/r21/r^2.

📐 Formule — Le niveau sonore est défini par L=10log(IIreˊf)L=10\log\left(\frac{I}{I_{réf}}\right), avec Ireˊf=1012 Wm2I_{réf}=10^{-12}\ \mathrm{W\,m^{-2}}.

📌 Pour des sons incohérents, on additionne les intensités Itot=iIiI_{tot}=\sum_iI_i puis on calcule le niveau sonore total, sans additionner directement les niveaux sonores.

📐 Formule — À une interface, les coefficients de transmission et de réflexion vérifient T=4Z1Z2(Z1+Z2)2T=\frac{4Z_1Z_2}{(Z_1+Z_2)^2} et R=(Z1Z2)2(Z1+Z2)2R=\frac{(Z_1-Z_2)^2}{(Z_1+Z_2)^2}, avec R+T=1R+T=1.

📌 Lors d’un changement de milieu, la fréquence de l’onde reste constante, tandis que sa célérité et sa longueur d’onde peuvent varier.

Compléments

📐 Formule — L’impédance acoustique d’un milieu vérifie Z=ρcZ=\rho c.

Astuce mémo

Impédances différentes → réflexion et transmission de l’onde à l’interface

Tableaux de synthèse

Relations entre grandeurs électriques

GrandeurRelationDépend de
Champ électriqueFe=qE\vec F_e=q\vec EForce et charge test
Potentiel électriqueE=dV/drE=-dV/drChamp et variation spatiale
Énergie potentielleEp=qVE_p=qVPotentiel et charge test

Écoulements en série et en parallèle

GrandeurSérieParallèle
DébitQ1 = Q2 = Q3Qtot = Q1 + Q2 + …
Perte de chargeLes pertes s’additionnentMême perte dans chaque branche
Résistance équivalenteReq = ΣRi1/Req = Σ(1/Ri)

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1. Que décrit la limite d’une fonction lorsque sa variable tend vers une valeur donnée ?

2. Que représente géométriquement la dérivée d’une fonction en un point ?

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Qu'est-ce que la limite d'une fonction en une valeur ?

La valeur vers laquelle la fonction se rapproche quand la variable tend vers cette valeur.

Quelle est la limite du potentiel électrique quand la distance tend vers l'infini ?

La limite vaut zéro.

Qu'est-ce que la dérivée d'une fonction en un point ?

Le coefficient directeur de la tangente à sa courbe en ce point.

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