Physique : mécanique, électricité, thermodynamique, optique
L'épreuve de physique du concours polytechnique porte sur la mécanique newtonienne, l'électricité, la thermodynamique et l'optique géométrique. Les énoncés sont proches du cours de fin de secondaire : modéliser un système, faire le bilan des forces ou des grandeurs, mener le calcul littéral, puis donner une application numérique avec unité et chiffres significatifs.
Mécanique
- Bilan des forces avant d'écrire ΣF = m·a, puis projection sur des axes judicieusement choisis.
- Chute libre sans frottement : a = g, v = g·t, y = ½ g t².
- Plan incliné avec frottement cinétique : a = g(sin θ − μ cos θ).
- Travail et énergie : W(F) = F·d·cos α ; théorème de l'énergie cinétique ΔEc = ΣW.
Électricité et thermodynamique
- Loi d'Ohm, lois de Kirchhoff (nœuds pour les courants, mailles pour les tensions), associations série et parallèle.
- Circuit RC : constante de temps τ = RC ; le condensateur atteint 63 % de sa charge finale après une durée τ.
- Gaz parfait PV = nRT avec T en kelvin ; premier principe ΔU = Q + W en convention thermodynamique récepteur.
Optique
- Réfraction : n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂ ; angle limite de réfraction totale sin i(l) = n₂/n₁ quand n₁ > n₂.
Exemple rédigé
Un bloc de masse m glisse sur un plan incliné à θ = 30° avec un coefficient de frottement cinétique μ = 0,20. Déterminer l'accélération. On projette sur l'axe parallèle au plan, orienté vers le bas : m g sin θ − f = m a, avec f = μN et N = m g cos θ, car il n'y a pas d'accélération perpendiculaire au plan. D'où a = g(sin θ − μ cos θ) = 9,8 × (0,500 − 0,20 × 0,866) = 9,8 × 0,327 ≈ 3,2 m/s². Contrôle : sans frottement, on retrouve 4,9 m/s² ; la valeur obtenue, plus faible, est logique.
Pièges qui coûtent des points
- Confondre masse (kg) et poids (N), ou prendre g = 10 quand l'énoncé impose 9,8.
- Ne pas convertir : cm en m, g en kg, °C en K, minutes en secondes.
- Confondre frottement statique et frottement cinétique.
- Donner un résultat sans unité, ou avec cinq décimales alors que les données n'en ont que deux.
- Inverser le sens d'une maille et fausser tous les signes du système.