Apprendre la physique

Courtes fiches de concepts avec des liens pour explorer les idées dans des simulations interactives.

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Fiches de concepts

Le mouvement de projectile expliqué
Lorsque vous lancez une balle, tirez un ballon de football en l'air, ou tirez un coup de canon, la trajectoire obtenue est l'une des formes les plus reconnaissables de la physique : une parabole. Le mouvement de projectile analyse cela en scindant le mouvement de l'objet en deux composantes totalement indépendantes — une vitesse horizontale constante, et une vitesse verticale que la gravité accélère continuellement vers le bas. Aucune des deux composantes ne connaît l'autre ; les traiter séparément, puis recombiner les résultats, est ce qui permet de prédire exactement jusqu'où un projectile va se déplacer, combien de temps il reste en l'air, et à quelle hauteur il monte, en utilisant rien de plus que la cinématique de base.
Loi d'Ohm et circuits en courant continu
Chaque circuit que vous construisez — d'une simple lampe de poche à un chargeur de téléphone — repose sur les trois mêmes grandeurs : la force avec laquelle la pile pousse (tension), la quantité de charge qui en résulte (courant), et la résistance qu'opposent les composants sur le passage de ce flux (résistance). Pour les parties ohmiques, la loi d’Ohm, V = IR, relie ces grandeurs par une proportionnalité assez simple pour prédire le comportement d'un circuit avec de simples calculs arithmétiques, et elle sous-tend chaque technique d'analyse de circuit plus avancée qui suit, des réseaux série et parallèle jusqu'aux circuits en courant alternatif utilisés dans l'électronique réelle.
Effet photoélectrique
Éclairez une surface métallique et, dans les bonnes conditions, elle projettera des électrons — un résultat obstinément étrange lorsque la physique classique a tenté de l'expliquer. La théorie ondulatoire du dix-neuvième siècle prédisait qu'une lumière plus faible devrait quand même éjecter des électrons, simplement plus lentement, à condition de disposer d'assez de temps pour accumuler l'énergie. Les expériences réelles ont montré l'inverse : en dessous d'une fréquence de seuil précise, aucune intensité ni aucune attente ne produit un seul électron, tandis qu'au-dessus de cette fréquence, même la lumière la plus faible éjecte des électrons instantanément. L'explication d'Einstein en 1905 — selon laquelle la lumière elle-même arrive sous forme de paquets discrets d'énergie, appelés plus tard photons — a résolu l'énigme et est devenue l'un des résultats fondateurs de la mécanique quantique, ce qui lui a valu le prix Nobel de physique en 1921.
Ondes stationnaires sur une corde
Pincez une corde de guitare, soufflez sur le goulot d'une bouteille, ou secouez une corde à sauter à la vitesse exacte, et vous verrez le même phénomène : deux ondes se déplaçant dans des directions opposées le long du même milieu interfèrent pour créer un motif qui semble immobile plutôt que se propager. Cela se produit chaque fois qu'une onde se réfléchit sur une extrémité fixe ou libre et se superpose à son propre reflet — à la plupart des fréquences, le résultat est un fouillis confus, mais à des fréquences de résonance spécifiques, l'interférence se fige en un motif net et stationnaire de points qui ne bougent jamais (nœuds) et de points qui oscillent entre déplacement maximal (ventres). Presque tous les instruments de musique, des cordes aux instruments à vent en passant par les peaux de tambour, reposent exactement sur ce comportement pour produire une hauteur de son stable.
Flottabilité et principe d'Archimède
Un immense cargo en acier flotte tandis qu'une petite pièce en acier coule — même matériau, résultats radicalement différents, et l'explication n'a rien à voir avec le seul poids. Tout objet immergé dans un fluide repousse une partie de ce fluide, et le fluide repousse en retour avec une force ascendante exactement égale au poids de ce qu'il a déplacé — une relation découverte il y a plus de deux mille ans par Archimède et toujours enseignée, inchangée, comme l'une des plus anciennes lois quantitatives de la physique. Que cette poussée vers le haut soit suffisante pour soutenir l'objet ne dépend pas de son seul poids mais de sa forme : la coque d'un navire déplace un énorme volume d'eau par rapport à son poids, tandis qu'une pièce solide en déplace très peu.

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