PHYSIQUE ET SCIENCE DE L’INGÉNIEUR

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MECANIQUE

Cette branche des études de la physique étudie le mouvement d’objets dans l’espace ou l’effet de différentes forces sur eux. C’est probablement l’une des branches de la physique les plus souvent identifiées comme telles. Les branches de la mécanique plus développés et connus sont :

La Statique

La statique, en physique, est la branche de la mécanique qui traite des pouvoirs qui opèrent dans des entités corporelles immobiles dans des conditions d’équilibre. Tout en étudiant les caractéristiques d’amplification de forces de machine simples telles que le levier et l’arbre. Les méthodes et les résultats de la science de la statique se sont avérés particulièrement utiles dans la conception de bâtiments, de ponts et de barrages, ainsi que dans les grues et autres dispositifs mécaniques similaires. Afin de calculer les dimensions de ces structures et machines, les architectes et les ingénieurs doivent d’abord déterminer les puissances qui interviennent dans leurs parties interconnectées.

Conditions statiques :

Il fournit les procédures analytiques et graphiques nécessaires pour identifier et décrire ces forces inconnues.
Il suppose que les corps avec lesquels il traite sont parfaitement rigides.
Il fait également valoir que l’ajout de tous les pouvoirs qui opèrent dans une entité au repos doit être nul et que les forces ne doivent pas avoir tendance à faire pivoter le corps autour d’un axe.

Ces trois conditions sont indépendantes l’une de l’autre et leur expression sous forme mathématique inclut les équations d’équilibre. Il y a trois équations, de sorte que seules trois forces inconnues peuvent être calculées.

La dynamique ou la cinétique

1. La dynamique

La dynamique est la branche de la science physique et de la subdivision de la mécanique qui domine l’étude du mouvement des objets matériels par rapport aux facteurs physiques qui les affectent : force, masse, impulsion, énergie.

La cinétique est la branche de la mécanique classique qui fait référence à l’effet des forces et des paires sur le mouvement des corps qui ont une masse.

Les auteurs qui utilisent le terme « cinétique » appliquent la dynamique à la mécanique classique des corps en mouvement. Cela contraste avec la statique, qui fait référence aux corps au repos, dans des conditions d’équilibre. Ils incluent, dans la dynamique ou la cinétique, la description du mouvement en termes de position, de vitesse et d’accélération, en dehors de l’influence des forces, des paires et des masses.

2. La cinématique

La cinématique est une branche de la physique et une subdivision de la mécanique classique liée au mouvement géométriquement possible d’un corps ou d’un système de corps sans tenir compte des forces en jeu, c’est-à-dire des causes et des effets des mouvements.

La cinématique vise à fournir une description de la position spatiale des corps ou des systèmes de particules de matière, de la vitesse à laquelle les particules se déplacent (vitesse) et de la vitesse à laquelle leur vitesse change (accélération). Lorsque les forces causales ne sont pas prises en compte, les descriptions de mouvement ne sont possibles que pour les particules à mouvement restreint, c’est-à-dire qui se déplacent sur certaines trajectoires. Dans le mouvement sans restriction, ou libre, les forces déterminent la forme de la route.

THERMODYNAMIQUE

La branche de la physique s’est concentrée sur l’étude de tous les phénomènes liés à la température, de ses variations, de la production et du transfert d’énergie thermique et des effets de ces changements sur les corps.

La thermodynamique repose sur quatre principes complétant celui de la conservation de la masse :

Le principe zéro concerne la notion d’équilibre thermique ;
Le premier principe (principe d’équivalence) porte sur le caractère conservatif de l’énergie ;
Le deuxième principe (principe de Carnot) affirme la notion d’irréversibilité et le concept d’entropie ;
Le troisième principe (principe de Nernst) s’intéresse enfin aux propriétés de la matière dans le voisinage du zéro absolu.

Le premier et deuxième principe sont fondamentaux. Les autres principes (0 et 3) peuvent être déduits des principes 1 et 2 et des formules de la physique statistique.

OPTIQUE

L’optique peut être comprise comme l’étude physique des phénomènes liés à l’énergie lumineuse. Le comportement et les propriétés de la lumière (par exemple, la diffraction, la polarisation ou la dispersion), leurs interactions et leurs effets sur le corps, voire leur perception par l’homme, sont étudiés. Observez également la lumière sous forme de particule et d’onde à la fois.

Optique géométrique

L’optique géométrique introduite par Alhazen s’est développée sur la base d’observations simples et repose sur deux principes et des lois empiriques :

La propagation rectiligne dans un milieu homogène et isotrope ;
Le principe du retour inverse qui exprime la réciprocité du trajet lumineux entre source et destination ;
Les lois de Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction.

Optique ondulatoire ou optique physique

Alors que l’optique géométrique est une optique purement phénoménologique et ne fait pas d’hypothèse sur la nature de la lumière, hormis éventuellement qu’elle transporte de l’énergie, l’optique ondulatoire (parfois appelée « optique physique ») modélise la lumière par une onde. Le modèle de l’onde scalaire (principe de Huygens-Fresnel) permet d’interpréter les phénomènes de diffraction (lors du passage par un trou, une fente étroite, près d’un bord…) et d’interférences. Les calculs reposent alors sur la somme des amplitudes d’ondes sinusoïdales qui se superposent, somme qui, suivant le déphasage, peut conduire à un résultat nul. La superposition de deux faisceaux peut ainsi donner l’obscurité. C’est ce qu’on observe au niveau des zones sombres des figures d’interférence ou de diffraction.

Optique quantique

Les problèmes liés au rayonnement du corps noir et à l’effet photoélectrique ont amené à considérer que la lumière était composée de paquets d’énergie (d’après Einstein). Plus tard, l’effet Compton a conduit à considérer la lumière comme constituée de particules à part entière.

Électromagnétisme

L’électromagnétisme, aussi appelé interaction électromagnétique, est la branche de la physique qui étudie les interactions entre particules chargées électriquement, qu’elles soient au repos ou en mouvement, et plus généralement les effets de l’électricité, en utilisant la notion de champ électromagnétique. Il est d’ailleurs possible de définir l’électromagnétisme comme l’étude du champ électromagnétique et de son interaction avec les particules chargées.

Le système de magnétisme 1 permet la démonstration de lignes de flux magnétique de base de différentes formes aimants permanents en 2D et 3D, déviation d’une aiguille magnétique, compas, dipôles magnétiques, hystérésis magnétique, courants de Foucault, champ magnétique terrestre, etc. : La théorie de base implique les lois de la physique du noyau sur ces sujets et aussi de nouveaux aspects de phénomènes souvent mal étudiés. En quelques minutes, les étudiants ou les instructeurs peuvent configurer de nombreux expériences.