Physique : mécanique, électricité, thermodynamique
L'épreuve de physique couvre la mécanique du point et du solide, l'électricité en régimes continu et transitoire, et la thermodynamique des gaz parfaits et des machines thermiques. Elle teste la capacité à définir un système et un référentiel, à poser un bilan, puis à contrôler l'homogénéité du résultat.
Mécanique
- Référentiel galiléen, bilan des forces, principe fondamental : ΣF = m·a ; théorème de l'énergie cinétique entre deux états.
- Sans frottement, l'énergie mécanique se conserve ; avec frottement, l'énergie dissipée vaut le travail de la force de frottement, pris négativement.
- Moment cinétique et moment d'une force pour les mouvements de rotation.
Électricité
- Lois de Kirchhoff, diviseur de tension ; équivalent de Thévenin : E_th = tension à vide, R_th = résistance vue en éteignant les sources.
- Transitoires RC et RL : constante de temps τ = RC ou L/R ; la tension aux bornes d'un condensateur et le courant dans une bobine ne subissent pas de discontinuité.
- Puissance, valeur efficace, facteur de puissance en régime sinusoïdal.
Thermodynamique
- Premier principe : ΔU = W + Q ; gaz parfait : ΔU = n·C_v·ΔT.
- Isotherme : PV = cste ; adiabatique réversible : PV^γ = cste ; isobare et isochore se traitent séparément.
- Second principe, entropie, rendement de Carnot η = 1 − T_f/T_c, borne jamais atteinte par une machine réelle.
Exemple rédigé
Un générateur de 12 V alimente R1 = 100 Ω en série avec R2 = 200 Ω ; on mesure la tension aux bornes de R2 avec un voltmètre de résistance interne 1 kΩ. Sans instrument : U2 = 12 × 200/300 = 8,0 V. Avec le voltmètre, R2 et R_v sont en parallèle : 200×1000/1200 ≈ 167 Ω, d'où U2 = 12 × 167/267 ≈ 7,5 V. L'instrument perturbe le circuit : c'est l'effet de charge, à signaler explicitement.
Pièges qui coûtent des points
- Mélanger les unités (Ω et kΩ, °C et K) au milieu d'un calcul.
- Écrire u_C(0⁺) = E alors que la continuité impose u_C(0⁺) = u_C(0⁻).
- Appliquer le rendement de Carnot à une machine irréversible.
- Négliger poids ou frottements sans justification quantitative.