Sciences physiques appliquées
Ce qu'il faut maîtriser
Le candidat doit comprendre les grandeurs physiques liées à l'électricité et à la mécanique : intensité, tension, résistance, puissance, énergie. La loi d'Ohm (U = R·I), les lois de Kirchhoff (nœuds et mailles), et l'effet Joule (P = R·I²) sont fondamentales. En mécanique, il faut connaître force, couple, travail, puissance (P = C·ω), vitesse angulaire (ω = 2πn/60). La thermique intervient : chaleur Q = m·c·Δθ, et le rendement des machines. Les notions de champ magnétique et d'induction (loi de Faraday) doivent être comprises.
Pièges fréquents
Confondre résistances en série (R = R1 + R2) et en parallèle (1/R = 1/R1 + 1/R2) est fréquent. Attention à l'unité de la vitesse angulaire : rad/s et non tr/min. La puissance en watts doit être distinguée de l'énergie en joules ou en kilowattheures : E = P·t. Ne pas oublier que le couple s'exprime en newtons-mètres. Dans la loi de Faraday, la tension induite dépend de la variation du flux, pas du flux lui-même.
Exemple travaillé
Un moteur fournit un couple de 20 N·m à 1 500 tr/min. La vitesse angulaire vaut ω = 2π × 1 500/60 ≈ 157 rad/s. La puissance utile est P = C·ω = 20 × 157 ≈ 3 140 W, soit environ 3,14 kW. Pour chauffer 2 kg d'eau (c = 4 180 J/kg·°C) de 20 °C à 80 °C, il faut Q = 2 × 4 180 × 60 = 501 600 J ≈ 502 kJ.
Règle pratique
Toujours convertir les tr/min en rad/s avant d'utiliser P = C·ω, et vérifier l'homogénéité des unités du résultat.