Physique : mécanique, électricité, thermodynamique et ondes
Ce que teste l’épreuve
L’épreuve de physique du concours e3a-Polytech (MP, PC, PSI, TSI selon les sujets) propose des exercices indépendants ou enchaînés : mécanique, électromagnétisme, thermodynamique, ondes et optique. Elle attend des calculs littéraux, une analyse dimensionnelle, des schémas clairs et une interprétation physique des résultats. Les questions courtes de début servent souvent à établir une relation réutilisée ensuite.
Règles et concepts clés
- Mécanique : choisir un référentiel galiléen, faire le bilan des forces, projeter sur une base fixe, puis intégrer avec les conditions initiales.
- Énergie : distinguer travail, énergie cinétique, énergie potentielle et puissance dissipée ; le théorème de l’énergie cinétique évite parfois une intégration lourde.
- Électricité : pour un circuit linéaire, écrire les lois de Kirchhoff, puis l’équation différentielle en la grandeur utile ; identifier temps caractéristique et régime permanent.
- Thermodynamique : préciser le système, le signe des transferts, et ne pas confondre chaleur, travail et variation d’énergie interne.
Exemple travaillé
Une masse m tombe verticalement dans un fluide avec une force de frottement −k v. En orientant l’axe vers le bas : m dv/dt = mg − k v. La solution avec v(0)=0 est v(t)=(mg/k)(1−e^{−kt/m}). La vitesse limite v_lim=mg/k s’obtient en annulant l’accélération ; le temps caractéristique τ=m/k mesure la rapidité du régime transitoire. Vérification dimensionnelle : k s’exprime en kg·s⁻¹, donc mg/k en m·s⁻¹. À t≫τ, le mouvement devient uniforme.
Pièges qui coûtent des points
- Confondre masse et poids, ou oublier le signe du frottement.
- Projeter dans une base mobile sans traiter les termes d’inertie.
- Utiliser une condition initiale incompatible avec le régime permanent.
- Écrire une loi de conservation sans préciser le système et les échanges.
- Donner un résultat sans unité ni contrôle de vraisemblance.
Attendu méthodologique
Un schéma avec les forces et les axes vaut souvent des points. Les applications numériques doivent être cohérentes avec les ordres de grandeur et les chiffres significatifs. Si une question demande une limite, expliquez le comportement physique, pas seulement la formule.