Physique : mécanique, électricité, thermodynamique, optique
Ce que l'épreuve évalue
L'épreuve de physique teste la maîtrise des lois fondamentales et surtout la capacité à poser un bilan (forces, énergie, charges) avant de calculer. Les exercices sont souvent contextualisés : circuit d'un aéronef, cycle thermodynamique d'un moteur, instruments optiques.
Repères par thème
- Mécanique : trois lois de Newton, théorème de l'énergie cinétique, conservation de la quantité de mouvement, mouvement circulaire uniforme et accélération centripète v²/r.
- Électricité : lois de Kirchhoff, association série/parallèle, régime transitoire RC (constante de temps τ = RC) et RL, puissance et effet Joule.
- Thermodynamique : premier principe ΔU = W + Q, transformations isotherme, isobare, isochore, adiabatique ; loi des gaz parfaits PV = nRT ; second principe et entropie.
- Optique : lois de Snell-Descartes, réflexion totale, lentilles minces et relation de conjugaison 1/OA' − 1/OA = 1/f'.
Exemple rédigé (thermodynamique)
Deux moles d'air supposé parfait, à 300 K, sont comprimées de façon isotherme réversible de 20 L à 10 L. Travail reçu par le gaz ?
Pour une isotherme réversible, W(gaz) = nRT ln(V2/V1) = 2 × 8,314 × 300 × ln(0,5) ≈ −3 459 J.
Le gaz fournit donc un travail négatif : il reçoit 3 459 J. Comme ΔU = 0 à température constante pour un gaz parfait, Q = −W(gaz) = −3 459 J : le gaz cède de la chaleur vers l'extérieur.
Le raisonnement attendu est le suivant : identifier la transformation, écrire la loi, appliquer la convention de signe, puis conclure physiquement.
Pièges qui coûtent des points
- Mélanger degrés et radians dans les expressions trigonométriques.
- Inverser la convention thermodynamique (W reçu positif ou négatif) en cours de copie.
- Utiliser PV = nRT pour un gaz réel sans justification.
- Confondre τ = RC et τ = R/C, ou oublier l'unité (s).
- Négliger les frottements alors que l'énoncé les mentionne.
- Prendre g = 10 m/s² quand la donnée impose 9,81.