Karamö, le prof virtuelLeçon 7 sur 47
Lexique de physique
Je connais le vocabulaire, les unités et les consignes de la physique de Terminale, et je sais convertir, écrire un résultat correctement et vérifier l'homogénéité d'une formule.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Utiliser les unités du Système international et leurs préfixes
- Écrire un résultat en notation scientifique avec un nombre raisonnable de chiffres significatifs
- Vérifier l'homogénéité d'une formule
- Comprendre les mots des énoncés et des consignes du BAC
Avant de commencer : Notions de cinématique ; puissances de 10.
1Je découvre
Kadiatou ouvre un ancien sujet du BAC de physique. Elle lit : « Établir l'équation de la trajectoire. En déduire la portée. Montrer que le système est pseudo-isolé. Exprimer la vitesse en fonction de g et h, puis faire l'application numérique. »
Elle connaît la formule de la vitesse, mais elle hésite : « Établir, montrer, en déduire, exprimer… est-ce la même chose ? Et que veut dire pseudo-isolé ? » L'an dernier, son cousin Sékou a perdu des points pour avoir donné un résultat sans unité, et d'autres pour avoir écrit 450 g dans une formule au lieu de 0,45 kg.
En physique, un bon raisonnement peut être gâché par un mot mal compris ou une unité oubliée. Comme au marché où chacun doit parler la même langue et utiliser les mêmes mesures, les physiciens du monde entier utilisent un vocabulaire et des unités communs.
Quels mots, quelles unités et quelles règles d'écriture faut-il maîtriser pour comprendre un énoncé et rédiger une réponse juste ?
2Je comprends
1. Grandeurs et unités du Système international (SI)
Une grandeur physique est ce qui se mesure : une longueur, une masse, une durée… On l'exprime par un nombre suivi d'une unité. Le Système international fixe sept unités de base :
| Grandeur | Symbole usuel | Unité SI | Symbole |
|---|---|---|---|
| longueur | ell, d, x | mètre | m |
| masse | m | kilogramme | kg |
| temps | t | seconde | s |
| intensité du courant | I | ampère | A |
| température | T | kelvin | K |
| quantité de matière | n | mole | mol |
| intensité lumineuse | Iv | candela | cd |
Les autres unités en découlent : newton (N = kg·m·s⁻²) pour les forces, joule (J = N·m) pour l'énergie et le travail, watt (W = J/s) pour la puissance, pascal (Pa = N/m²) pour la pression, hertz (Hz = s⁻¹) pour la fréquence, coulomb (C = A·s) pour la charge, volt (V) pour la tension, radian (rad) pour les angles.
2. Préfixes et conversions
| Préfixe | giga | méga | kilo | centi | milli | micro | nano | pico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Symbole | G | M | k | c | m | µ | n | p |
| Facteur | 109 | 106 | 103 | 10-2 | 10-3 | 10-6 | 10-9 | 10-12 |
Conversions fréquentes : 1 km/h = 13,6 m/s ; 1 cm² = 10-4 m² ; 1 L = 10-3 m³ ; 1 tr/min = 2π60 rad/s ; 1 h = 3 600 s.
3. Écrire un résultat
- Notation scientifique : a × 10n avec 1 ≤ a < 10. Exemple : 0,000 32 m = 3,2 × 10-4 m.
- Chiffres significatifs : ce sont tous les chiffres à partir du premier chiffre non nul. 0,0450 a 3 chiffres significatifs (4, 5, 0). On donne un résultat avec autant de chiffres significatifs que la donnée la moins précise (en général 2 ou 3).
- Un résultat numérique s'écrit toujours avec son unité.
4. Homogénéité d'une formule
Une formule juste est homogène : ses deux membres ont la même unité. On le vérifie en remplaçant chaque grandeur par son unité SI. Exemple : v2 = 2ad donne (m/s)² = m²/s² à gauche et (m/s²) × m = m²/s² à droite. C'est homogène. Si ce n'est pas homogène, la formule est fausse ; si c'est homogène, elle peut être juste (le test ne vérifie pas les nombres comme 2 ou 12).
5. Le vocabulaire de la mécanique
- Système : l'objet (ou l'ensemble d'objets) qu'on étudie. On le précise au début de chaque exercice.
- Point matériel : objet dont on néglige les dimensions. Solide : corps indéformable.
- Centre d'inertie G : point particulier d'un solide dont le mouvement est le plus simple (il se confond avec le centre de gravité dans un champ de pesanteur uniforme).
- Forces extérieures : exercées par des objets extérieurs au système (poids, réaction, tension d'un fil, frottements). Forces intérieures : exercées entre parties du système.
- Système isolé : soumis à aucune force. Pseudo-isolé : soumis à des forces qui se compensent (ΣF = 0).
- Référentiel galiléen : référentiel dans lequel le principe de l'inertie est vérifié ; le référentiel terrestre l'est avec une bonne approximation pour des expériences courtes.
- Grandeur vectorielle (direction, sens, norme) : position, vitesse, accélération, force. Grandeur scalaire (un seul nombre) : masse, temps, énergie, travail.
- Conditions initiales : position et vitesse à t = 0.
- Uniforme : à vitesse (valeur) constante. Uniformément varié : à accélération constante. Accéléré / retardé : la valeur de la vitesse augmente / diminue.
- vitesse v (m/s)
- accélération a (m/s²)
- force F (N)
- position OM (m)
- masse m (kg)
- durée t (s)
- énergie E (J)
- travail W (J)
6. Les consignes des énoncés
| Consigne | Ce qu'on attend |
|---|---|
| Définir | donner la définition exacte, sans exemple à la place |
| Énoncer | écrire une loi ou un principe du cours, en phrase complète |
| Établir, démontrer | partir des lois du cours et arriver au résultat par un calcul littéral |
| Montrer que | le résultat est donné : il faut le retrouver par un raisonnement |
| En déduire | utiliser le résultat de la question précédente |
| Exprimer | écrire une formule littérale (avec des lettres), sans nombres |
| Calculer, application numérique | remplacer par les valeurs en SI, donner un nombre et son unité |
| Représenter | faire un schéma soigné (vecteurs, échelle) |
| Justifier | donner la raison, en citant la loi utilisée |
- 1Lire tout l'énoncé et souligner les données et les consignes
- 2Faire un schéma : système, repère, forces ou vecteurs
- 3Convertir toutes les données en unités SI
- 4Établir la formule littérale, puis vérifier son homogénéité
- 5Faire l'application numérique et écrire le résultat avec son unité
- 6Relire : ordre de grandeur plausible, chiffres significatifs
Exemple
Conversions.
90 km/h = 90 ÷ 3,6 = 25 m/s.
2,5 µs = 2,5 × 10⁻⁶ s.
450 g = 0,450 kg.
12 cm² = 12 × 10⁻⁴ m² = 1,2 × 10⁻³ m².
1 500 tr/min = 1500 × 2π / 60 = 50π ≈ 157 rad/s.
Exemple
Homogénéité. Kadiatou hésite entre a = v/R et a = v²/R pour l'accélération centripète.
v/R : (m/s) / m = s⁻¹. Ce n'est pas une accélération : la formule est fausse.
v²/R : (m²/s²) / m = m/s². C'est bien une accélération.
3Je retiens
Je retiens
Sept unités SI de base : m, kg, s, A, K, mol, cd. Unités dérivées : N, J, W, Pa, Hz, C, V.
Préfixes : G = 10⁹ ; M = 10⁶ ; k = 10³ ; c = 10⁻² ; m = 10⁻³ ; µ = 10⁻⁶ ; n = 10⁻⁹ ; p = 10⁻¹².
On convertit toujours en SI avant de calculer ; tout résultat porte une unité.
Notation scientifique : a × 10ⁿ avec 1 ≤ a < 10 ; chiffres significatifs adaptés aux données.
Une formule non homogène est fausse.
Système isolé : aucune force ; pseudo-isolé : forces qui se compensent.
« Exprimer » = formule littérale ; « calculer » = nombre + unité ; « montrer » = résultat à retrouver.
4Erreurs fréquentes
- Remplacer la masse en grammes dans F = ma ou Ec = ½mv² : il faut des kilogrammes.
- Écrire un résultat sans unité, ou avec trop de chiffres recopiés de la calculatrice (9,899494937 m/s au lieu de 9,90 m/s).
- Confondre « exprimer » et « calculer » : on perd des points en donnant un nombre quand une formule est demandée.
- Confondre m (mètre) et m (préfixe milli, comme dans ms ou mA), ou µ (micro) et m (milli).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Convertis en unités SI :
a) 36 km/h ; b) 1 200 tr/min ; c) 5 mA ; d) 3 h 15 min.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 36 ÷ 3,6 = 10 m/s.
b) 1200 × 2π60 = 40π ≈ 126 rad/s.
c) 5 × 10-3 A.
d) 3 × 3600 + 15 × 60 = 10 800 + 900 = 11 700 s.
2Exercice 2
Écris en notation scientifique et donne le nombre de chiffres significatifs :
a) 0,000 32 m ; b) 45 000 000 m ; c) 9,80 m/s².
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 3,2 × 10-4 m : 2 chiffres significatifs.
b) 4,5 × 107 m : 2 chiffres significatifs (si les zéros ne sont pas significatifs).
c) 9,80 m/s² : 3 chiffres significatifs (le zéro final compte).
3Exercice 3
Vérifie l'homogénéité des formules suivantes (ell longueur, g accélération, v vitesse, h hauteur).
a) T = 2π√ellg (période, en s)
b) v = √2gh
c) v = 2gh
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) ellg : mm/s2 = s2, et √s2 = s. Homogène.
b) 2gh : (m/s²) × m = m²/s², et √m2/s2 = m/s. Homogène.
c) À gauche m/s, à droite m²/s² : non homogène, la formule est fausse.
4Exercice 4
a) Classe en grandeurs vectorielles et scalaires : force, énergie, vitesse, masse, accélération, durée.
b) Un livre posé sur une table est-il un système isolé ou pseudo-isolé ? Justifie.
c) Quelle différence y a-t-il entre « exprimer v » et « calculer v » ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Vectorielles : force, vitesse, accélération. Scalaires : énergie, masse, durée.
b) Le livre est soumis à son poids et à la réaction de la table, qui se compensent : il est pseudo-isolé (il n'est pas isolé, car des forces s'exercent sur lui).
c) « Exprimer v » : donner une formule littérale (par exemple v = √2gh). « Calculer v » : donner une valeur numérique avec son unité.
5Exercice 5
(Type BAC) Un solide de masse m = 250 g a une accélération de 120 cm/s².
a) Exprime puis calcule la somme des forces qui s'exercent sur lui (F = ma).
b) Un autre solide de masse 800 g se déplace à 18 km/h. Exprime puis calcule son énergie cinétique Ec = 12mv2.
c) Vérifie que l'unité obtenue au b) est bien le joule.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) m = 0,250 kg et a = 1,20 m/s². F = ma = 0,250 × 1,20 = 0,300 N.
b) m = 0,800 kg et v = 18 ÷ 3,6 = 5 m/s. Ec = 12mv2 = 0,5 × 0,800 × 25 = 10,0 J.
c) kg × (m/s)² = kg·m²·s⁻² = (kg·m·s⁻²) × m = N·m = J.
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6Je vérifie
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