La science physique est bien l'une des matières scolaires pour lesquelles la demande de cours de physique particuliers avec des professeurs particuliers d'expérience. Il s'agit d'une science tout de même extrêmement complexe, nécessitant de suite de très solides connaissances et capacités en mathématiques. Nécessitant expériences et compréhension de théories ainsi que de formules mathématiques complexes, la science physique n'en est pourtant pas moins passionnante ! Les bases de la physique sont accessibles à toutes et à tous, dès lors que l'on se donne la peine de comprendre.
Superprof a mis au point pour vous des articles expliquant avec simplicité les principes fondamentaux de certaines branches de la physique : la mécanique, les ondes et lumières, la thermodynamique ou encore l'électromagnétisme. Loin des cours de physique en classes du secondaire, ici l'ambiance est à la détente et vous pouvez vous concentrer autant de temps que nécessaire pour comprendre les phénomènes du monde qui vous entoure et même au-delà !
Partir à la découverte des principes des ondes, des sons et des lumières
S'il est certain que vous connaissez et avec fait l'expérience à la fois des sons, des lumières et des ondes, dans le cas où vous disposez de vos pleines capacités de sens, vous ne savez bien souvent pas pour autant les décrire avec précision ni expliquer leur fonctionnement dans un contexte purement science physique. Les sons et les lumières sont pourtant tous deux des ondes, mais des ondes différentes. En effet, les lumières appartiennent à la catégorie des ondes électromagnétiques tandis que les sons appartiennent à la catégorie des ondes sonores.
Les ondes radios, elles, appartiennent à la première catégorie. Pourquoi cela, puisque ce sont nos oreilles qui perçoivent les sons de la radio ? Tout simplement parce que justement, nous ne pouvons les percevoir normalement mais il nous fait pour cela des antennes réceptrices pour les retranscrire de manière sonore pour nos oreilles. Les ondes sonores se propagent via un milieu, un fluide (liquide, gazeux, solide, plasma…) mais jamais dans le vide, contrairement aux ondes électromagnétiques qui n'ont besoin d'aucune matière pour se propager.
Les ondes sonores sont au nombre de trois catégories, selon leur fréquence : les ondes infrasons, en deçà du seuil que peut percevoir notre oreille humaine, les ondes sonores perceptibles par l'humain, puis en dernier, les ultrasons, dont nous nous servons par exemple pour les échographies ! Les lumières sont quant à elles des ondes électromagnétiques, cumulant onde magnétique et onde électrique, comme leur nom l'indique. Si vous réussissez à percevoir plusieurs couleurs, c'est en fait dû aux différences de longueurs d'ondes !
Les ondes ont, comme on le définit en cours de physique, toutes une fréquence et, en ce qui concerne les ondes électromagnétiques, les basses fréquences ont de meilleures chances de se propager sur une grande distance, tandis que les hautes fréquences se propagent peu loin. C'est le principe des ondes radios : la radio AM est pour les longues distances, principalement utilisée pour entendre une voix, tandis que la radio FM est faite pour la musique. Vous ne regarderez plus jamais votre radio de la même manière ! Les ondes radio sont les plus basses fréquences du spectre électromagnétique. Plus loin, en montant, se trouvent respectivement : les micro-ondes, les infrarouges, la lumière visible, les rayonnements ultraviolets, les rayons X, les rayons gamma…
En avant pour la mécanique et le mouvement de force
Tout mouvement fait partie de la mécanique, cette branche de la science physique si fondamentale. En mécanique, un système (un objet d'étude, donc) modifie la trajectoire d'un autre système. Il peut également y avoir transformation, mais ce n'est pas systématique. Il y a donc exécution d'une action. La force est un vecteur, ce vecteur est utilisé pour les calculs de sciences physiques liés à la mécanique : les fameuses équations. La force d'une action mécanique dispose de trois caractéristiques, que l'on va utiliser durant les calculs justement : la direction, le sens et la valeur.
Le dessin de courbes est nécessaire afin de déterminer ce que sera la trajectoire d'un système si on le modifie. On peut par exemple parler de la trajectoire de la Lune vis-à-vis de la Terre. La Lune est attirée par la Terre, elle lui tourne autour constamment dans un cycle de révolution, ce qui fait donc que la Terre modifie la trajectoire de la Lune, qui, sans la Terre, se trouverait bien ailleurs dans la galaxie ! Le mouvement d'un système, en science physique mécanique, peut être soit droit, soit circulaire, soit curviligne (en courbe).
Tel que cela serait abordé dans tout physique cours, deux types de vitesse peuvent avoir besoin d'être calculées ici : la vitesse moyenne (on fait donc la moyenne des vitesses répertoriées) et la vitesse instantanée (à un instant T précis). La vitesse peut soit être : constante, croissante ou décroissante. Si elle est constante, alors le système en question ne se rapprochera ni ne s'éloignera de l'autre système. Si la vitesse est croissante, alors cela signifie que le système tend à s'éloigner de l'objet, et au contraire si la vitesse diminue, cela veut dire que le système se rapproche plus ou moins rapidement de l'objet.
Les mystères de l'électromagnétisme
L'électromagnétisme fascine, et pourtant, une fois adultes, ce n'est que peu souvent que nous avons la curiosité ou le temps d'aller chercher des explications ! L'électromagnétisme, cette branche de la physique qui intéressa déjà les Grecs, mélange à la fois électricité et magnétisme. En réalité, les liens entre ces deux branches de la physique sont très puissants ! Un courant électrique crée un champ magnétique lorsque les charges électriques sont en mouvement. A l'inverse, un champ magnétique peut créer un courant électrique.
Pour distinguer les deux, rappelons que le champ magnétique est beaucoup plus puissant que le courant électrique, autrement dit, la force magnétique est beaucoup beaucoup plus puissante que la force électrique. Lorsque deux aimants restent fixés l'un à l'autre, on parle de force magnétique ! La force électrique ne peut rivaliser à ce niveau. Egalement, la force magnétique perdure dans le temps, comme on le voit en cours de science physique, sans s'arrêter semble-t-il, tandis que la force électrique n'est pas autant inscrite dans le temps.
Que se passe-t-il lorsque deux aimants se rapprochent ou au contraire se repoussent ? Chaque aimant dispose de deux pôles : un pôle sud et un pôle nord. Lorsque deux pôles contraires (non-identiques) sont à proximité, les deux aimants s'attirent. Lorsque deux pôles semblables s'approchent au contraire, cela provoque de la répulsion. Nous remarquons finalement que les champs magnétiques sont en réalité partout autour de nous. Au sein même de la structure d'un atome, une sorte de petit champ magnétique réside : les électrons, chargés négativement, tournent autour du noyau de l'atome car au sein de ce noyau se trouvent des protons, chargés positivement…
Les principes fondamentaux de la thermodynamique
Il s'agit de l'une des branches de la physique qui fut les plus tardives. En effet, on mit du temps à s'y intéresser en profondeur. C'est pourtant grâce à elle que nous avons aujourd'hui des thermomètres, et que nous avons pu créer dans un passé pas si lointain des machines à vapeur, que ce soit des locomotives ou encore des voitures à vapeur ! La thermodynamique est tout simplement, comme son nom l'indique, l'étude physique du mouvement obtenu par l'énergie créée par de la chaleur.
La thermodynamique traite, tel que l'on pourrait l'aborder dans tout cours de physique, d'éléments disposant d'une énergie conservatrice. Ici, l'énergie ne se perd pas, elle est simplement transformée, mais donc il n'y a aucune perte réelle. Il s'agit du premier principe de la thermodynamique. Lorsqu'une énergie est transmise d'un système à un autre, on observe une évolution, une transformation de cette énergie. C'est la seconde loi énoncée dans les principes de la thermodynamique, dont Joule fut le créateur ainsi que Sadi Carnot, qui poursuivit l'énonciation des principes.
L'énergie peut se transmettre de quatre manières, dont certaines que vous connaissez très bien : par transfert thermique (la chaleur réchauffe le système si un autre système chaud y est accolé), par rayonnement (électromagnétique), par la force ainsi que par transfert électrique. On ne peut pas mesurer exactement l'énergie en elle-même, encore, mais on peut mesurer les transferts d'énergie ! On dit que la chaleur peut être exprimée, outre qu'en température, en capacité calorique. Un système dispose d'une capacité calorique, en science physique thermodynamique, ce qui signifie qu'il dispose d'une quantité de chaleur suffisante pour pouvoir être chaud. Cela va grandement dépendre des systèmes donc.
Vous voyez que malgré la complexité de la physique, les phénomènes de base peuvent s'expliquer assez simplement, bien qu'il faille une bonne connaissance des maths pour ensuite s'y enfoncer davantage avec les calculs et équations, notamment. Superprof vous propose, si tel est votre souhait, de mieux encore apprendre les principes de base de la physique avec des formations en sciences physiques adaptées 100% à votre profil ! Et en plus de satisfaire votre soif de connaissances, vous pourrez ainsi aider vos amis, enfants et proches à mieux appréhender le monde dans lequel ils vivent sans se poser trop de questions le concernant… Pourquoi ne pas s'intéresser également à la science qu'est la chimie ? Ces deux sciences sœurs sont liées par des liens étroits.
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