LDD2 STAPS, Sciences pour l'ingénieur

TP de mécanique :

• Solides en rotation

TPs d'électromagnétisme :

• Électrostatique
• Magnétostatique
• Induction électromagnétique

TPs portant sur les phénomènes ondulatoires :

• Ondes progressives ultrasonores
• Ondes de surface
• Corde vibrante
• Effet Doppler

TPs de Thermodynamique :

• Capacité thermique, calorimétrie
• Propriétés thermodynamiques d'un gaz presque parfait

La Physique est une science qui s’appuie sur des modèles. Ceux-ci peuvent être développés d’un point de vue théorique à l’aide de raisonnements mathématiques, puis validés en les confrontant à la réalité expérimentale. Alternativement, certains résultats expérimentaux appellent un travail de modélisation et l’introduction de nouveaux concepts… 

L’UE « Physique Expérimentale » a pour objectif de former les étudiants à la méthode expérimentale, en s’appuyant sur les enseignements théoriques dispensés aux niveaux L1 et L2 en mécanique, thermodynamique, ondes et vibrations, ainsi qu'en électromagnétisme. Différentes méthodes de mesure seront abordées, ainsi que le traitement des jeux de données, l’évaluation des incertitudes et la comparaison théorie/expérience. 

La réalisation d’expériences constitue par ailleurs un vecteur efficace pour mieux comprendre et consolider les notions vues en cours magistral, et développer un sens critique.

TP

MCC session 1 : CCTP * 60% + ExTP * 40%

MCC session 2 : CCTP * 60% [rep] + EOF * 40%

Cet enseignement a pour pré-requis la maîtrise des cours :

• Électromagnétisme I (dispensé au S3).
• Ondes et Vibrations (dispensé au S3).

• Phénomènes d’induction. Loi expérimentales de Faraday et de Lenz. Induction de Lorentz. Induction de Neumann. Approximation du régime quasi-stationnaire.
• Inductance propre d’un circuit électrique. Inductance mutuelle entre circuits électriques.
• Equations de Maxwell en régime variable.
• Propagation libre d’ondes électromagnétiques dans le vide. Equations d’onde pour les champs électrique et magnétique. Approximation des ondes planes progressives harmoniques (OPPH). Polarisation.
• Energétique d’une OPPH. Vecteur de Poynting. 
• Réflexion d’une onde plane progressive harmonique sur un conducteur parfait. Cavité et onde électromagnétique stationnaire.
• Notions de guide d’onde.

Le contrôle continu consiste en deux interrogations de 30mn chacune.

• E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, Paris, 1973
• R. Feynman, R. Leighton et M. Sands, Cours de Physique - Electromagnétisme (version française), InterEditions, Paris, 1979
• H. Gié et J.P. Sarmant., Electromagnétisme, Tec et Doc, Paris, 1985
• J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996
• J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998
• J.P. Perez, R. Carles et R. Fleckinger, Electromagnétisme, 3 ème édition, Masson, 1997
• D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6 ème édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003
• J.D. Jackson, Electrodynamique classique (version française), 3 ème édition, Dunod, Paris, 2001

Analyse de L1 (Calculus) : suites, fonctions à une variable, limites, continuité, dérivée, développement limité, intégrale et primitive

• Rappels sur les fonctions d'une variable : continuité, dérivées, Taylor, intégrales 
• Arcs paramétrés, orientation, longueur d'un arc, 
• Intégration par rapport à l'élément de longueur, 
• Champs de vecteurs, circulation le long d'un arc, 
• Fonctions de plusieurs variables : continuité, dérivés partielles, différentielle, Taylor, fonctions composées, dépendant d'un paramètre, 
• Points critiques, extremums, 
• Intégrales doubles, coordonnées polaires, transformations linéaires. 
• Surfaces paramétrées, vecteur normal, orientation, 
• Paramétrages des surfaces de base : plans, sphères, cylindres, cônes, 
• Aire de surface, intégration par rapport à l’élément d'aire, 
• Flux d'un champ de vecteurs à travers une surface orientée, 
• Intégrales triples et volume. 
• Changement de variables : coordonnées sphériques et cylindriques 
• Symétries, intégration sur les surfaces et les corps de révolution, 
• Formes différentielles : Différentielle extérieur, gradient, rotationnel, divergence 
• Intégration des formes différentielles, circulation et flux, 
• Intégration par partie pour les intégrales multiples : formules de Green-Riemann, Ostrogradski, Stokes,

Formes différentielles fermées et exactes, théorème de Poincaré.

Il y aura 2 CC, un avant le partiel, un avant l’examen. Chaque groupe de TD fera son propre CC, au début d’une séance de TD. L’absence injustifiée au CC vaudra 0.

Equations différentielles. 

Formules de Stokes. 

Fonctions de plusieurs variables. 

Déterminant, systèmes différentiels. 

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.25 P + 0.25 CC 

Session 2 : F = 1 EE

Equations différentielles. 

Formules de Stokes. 

Fonctions de plusieurs variables. 

Déterminant, systèmes différentiels.

Déterminant (notamment dim 2 et 3). Produit vectoriel.
Isométries, covariance. Projections orthogonales.
Référentiel en rotation (dim 2 et 3), forces de centrifuge/Coriolis.
Théorie spectrale pour les matrices (en particulier dim 2 ou 3).
Formules de récurrences, équations différentielles.

• Cinématique des solides : repérage d'un solide dans l'espace, angles d'Euler, champs de vitesse d'un solide, roulement sans glissement, équiprojectivité, torseur, accélération d'un solide.
• Cinétique des solides : quantité de mouvement d'un solide, géométrie des masses, moment cinétique d'un solide, moment d'inertie, théorème de Koenig, énergie cinétique.

Dynamique des solides : principe fondamental de la dynamique, théorème du moment cinétique, théorème de l'énergie cinétique, mouvement d'un solide autour d'un axe fixe, approximation gyroscopique.

Cette UE est disponible sous forme de ressources numériques avec une partie de présentiel :

l’équivalent de 18h de cours/td sous forme de ressources numériques (vidéos, ppt, pdf,…) 2 fois 1h30 d’amphi débat retransmis en streaming sur un thème 2 fois 1h30 de TD sur un thème

Le plan est le suivant :
I- Causes anthropiques des changements globaux : évolution de la place de l'être humain dans la nature
II- Érosion de la biodiversité et changement climatique
III- Comment répondre aux changements globaux : adaptation et actions

Cette unité d’enseignement transversale vise à donner à tout étudiant de 1er cycle de l’université Paris Saclay des notions de bases sur les enjeux de la transition écologique à mener dans les décennies à venir pour dépasser les grandes crises environnementales, notamment concernant le changement climatique et l’érosion de la biodiversité.

• Circuits élémentaires actifs et passif pour la polarisation, l’amplification et des filtrages divers
• Physique de certains capteurs courants (température, humidité, distance, vitesse, accélération, rotation, force)
• Théorème de Shannon
• Communication série et I2C
• Conversion analogique numérique (notions de numérisation)

Instructions pour microcontrôleurs et gestion des interruptions

Le module a pour objectif de faire progresser les étudiants sur les domaines suivants :

• Compréhension théorique des montages d’électronique analogique/numérique pour l’instrumentation
• Compréhension des contraintes associées à l’électronique numérique
• Savoir-faire expérimental en conception et réalisation de circuit électronique
• Savoir-faire en simulation numérique de circuits
• Savoir-faire en programmation d’électronique numérique (micro-contrôleur)

L’ensemble de ces acquis est obtenu par une combinaison de fonctionnement en mode projet et de cours plus théoriques.

Mode projet avec séquences de cours magistraux pour structuration et formalisation des acquis. L’apprentissage se fait en « classe inversée », les étudiants sont confrontées aux notions théorique de leur propre projet.

Les bases de la mécanique classique, énergie cinétique, énergie potentielle. Base d’Analyse : équations différentielles linéaires

Le but de ce cours est de présenter la physique des systèmes oscillants et le lien avec les ondes. L’acoustique sera étudiée après l’analyse des cordes vibrantes, On abordera par la suite certains des phénomènes physiques spécifiquement associés aux ondes, comme les ondes stationnaires, l’interférence ou encore l’effet Doppler.  

• L’étude de l’oscillateur harmonique (OH), et l’OH amorti. Oscillations libres et forcées, la résonance. On se focalisera sur l’étude des systèmes mécaniques, et on tentera de généraliser les concepts, en particulier à travers des exemples de circuits électriques. On abordera également les aspects énergétiques des systèmes oscillants.  
• Étude qualitative des systèmes d’oscillateurs mécaniques (masse-ressort) couplés. Introduction de la notion d’onde.
•  Analyse détaillée de la dynamique d’une corde vibrante. On établit l’équation des ondes ou l’équation de d’Alembert pour l’évolution temporelle et spatiale des déformations de la corde. 
• Étude des solutions de l’équation de d’Alembert : les ondes progressives, et le cas particulier des ondes progressives harmoniques.
• Réflexion des ondes, les ondes stationnaires sur une corde vibrante et les modes propres d’oscillation pour une corde fixée aux deux extrémités.    
• Acoustique : Étude du son comme une onde longitudinale se propageant dans un fluide : La surpression sonore, la vitesse du son dans un gaz parfait. 
• Aspects énergétiques associés à une onde sonore, le vecteur flux d’énergie sonore et la notion d’impédance acoustique 
• Le niveau sonore, la sensibilité de l’oreille et les courbes isosoniques
• Sources sonores : instruments de musique à cordes, instrument à vent 
• Propagation des ondes dans l’espace à 3 dimensions, ondes sphériques
• Quelques phénomènes ondulatoires : interférences, battements, effet Doppler , Diffraction (analyse qualitative)

Comprendre la notion d’onde en physique les liens entre les systèmes oscillant et la propagation des ondes dans un milieu élastique, ainsi que les phénomènes associés, comme la propagation ou les ondes stationnaires.

• Cours de Physique de Berkeley, Volume I, Mécanique
• Cours de Physique de Berkeley, Volume 3, Ondes
• Physique 3 Ondes, Optique et Physique Moderne, René Lafrance, Chenelières Education
• D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6 ème édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003
• Toute la thermodynamique, la mécanique des fluides et les ondes mécaniques, L. Bocquet, J. Faroux, J. renault, Ed. Dunod
• Ondes, MP-MP*, Hachette