Physique-Chimie - lois, unités et calcul numérique
L'épreuve de physique-chimie du concours INP-HB (CPGE) est généralement construite autour d'un phénomène concret - un mobile, un circuit, une solution - et vérifie trois choses : la maîtrise des lois, la justesse du calcul et la cohérence des unités. Elle couvre la mécanique, l'électricité, l'optique géométrique, la thermodynamique et, en chimie, l'atomistique, les solutions aqueuses, l'oxydoréduction et la chimie organique.
Les lois à savoir mobiliser
- Mécanique : choix du référentiel, vecteurs position/vitesse/accélération, deuxième loi de Newton (ΣF = ma), théorème de l'énergie cinétique, conservation de l'énergie mécanique lorsque les frottements sont négligés.
- Électricité : loi des nœuds et des mailles, caractéristiques de R, C et L, constante de temps τ = RC d'un dipôle RC, puissance P = UI.
- Optique : n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂ (loi de Descartes), relation de conjugaison d'une lentille mince convergente 1/OA′ − 1/OA = 1/f′, les mesures étant algébriques.
- Chimie : configuration électronique et position dans le tableau périodique, quantité de matière n = m/M = C·V, pH, dosage, demi-équations et bilan d'oxydoréduction, estérification et hydrolyse.
Exemple rédigé
Un projectile est lancé du sol à v₀ = 20 m·s⁻¹ sous α = 45°, avec g = 10 m·s⁻² et frottements négligés. Quelle est sa portée ?
- Repère (Ox, Oy) avec Oy vertical ascendant ; conditions initiales x(0) = y(0) = 0, vₓ(0) = v₀cos α, v_y(0) = v₀ sin α.
- Accélération (0 ; −g). En intégrant : x = v₀cos α·t et y = v₀ sin α·t − ½gt².
- Retour au sol lorsque y = 0, soit t = 2v₀ sin α/g ≈ 2,83 s.
- Portée : x = 20 × 0,707 × 2,83 ≈ 40 m, ce que confirme la formule v₀² sin 2α/g = 400/10 = 40 m.
Pièges qui coûtent des points
- Oublier de convertir : mL en L, g en kg, cm en m, min en s.
- Confondre masse et poids, ou utiliser g = 9,8 quand l'énoncé impose 10.
- Projeter les forces sans bilan clair, ou omettre une réaction du support.
- Arrondir à chaque étape et fausser le résultat final.
- En chimie, équilibrer incomplètement les demi-équations et oublier les coefficients stœchiométriques (l'équivalence n'est pas toujours mole à mole).
- Donner un résultat sans unité ni chiffres significatifs cohérents.