Comprendre et s’entraîner en physique-chimie
Trois notions pour relier les formules au raisonnement : les ondes mécaniques, la deuxième loi de Newton et les réactions acide-base. Chaque partie comprend un exemple détaillé et un exercice à essayer.
3 fiches · Exemples et exercices corrigésOndes mécaniques
Une onde mécanique progressive est la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel. Dans une corde, par exemple, la déformation avance tandis que chaque point de la corde oscille autour de sa position d’équilibre. L’onde transporte de l’énergie, sans transport global de matière avec elle.
La célérité v est la distance parcourue par la perturbation divisée par la durée. Pour une onde périodique, la période T est la durée d’une oscillation, la fréquence f est le nombre d’oscillations par seconde et la longueur d’onde λ est la distance parcourue pendant une période.
Utilise les mètres pour d et λ, les secondes pour Δt et T, les hertz pour f et les mètres par seconde pour v. La célérité dépend du milieu : ne la confonds pas avec la vitesse du mouvement d’un point de la corde.
Exemple guidé
Une perturbation parcourt 12 m en 4 s. Sa fréquence est de 2 Hz. Calcule sa célérité puis sa longueur d’onde.
- v = 12 / 4 = 3 m/s.
- λ = v / f = 3 / 2 = 1,5 m.
À toi de jouer
Une onde parcourt 12 m en 3 s et sa fréquence est 5 Hz. Trouve v et λ.
Voir la correction
v = 12 / 3 = 4 m/s, puis λ = 4 / 5 = 0,8 m.
Deuxième loi de Newton
Pour étudier le mouvement, commence par choisir le système étudié et un référentiel considéré comme galiléen. Fais ensuite le bilan de toutes les forces extérieures : poids, réaction du support, force de traction ou frottement selon la situation.
Pour un système de masse constante, la somme vectorielle de ces forces est égale au produit de la masse par le vecteur accélération. Une force se mesure en newtons (N), la masse en kilogrammes et l’accélération en m/s².
Choisis un axe, attribue un signe à chaque projection et applique la relation sur cet axe. Une force résultante nulle signifie une accélération nulle : le système peut être au repos ou avoir un mouvement rectiligne uniforme.
Exemple guidé
Un chariot de 2 kg subit une traction horizontale de 10 N vers la droite et un frottement de 4 N vers la gauche.
- Avec la droite comme sens positif : ΣFx = 10 − 4 = 6 N.
- ax = 6 / 2 = 3 m/s², vers la droite.
À toi de jouer
Une résultante horizontale de 12 N agit sur un objet de 3 kg. Quelle est son accélération ?
Voir la correction
a = 12 / 3 = 4 m/s², dans le sens de la résultante.
Réactions acide-base
Selon Brønsted, un acide est une espèce capable de céder un proton H⁺ et une base une espèce capable d’en capter un. Un couple acide/base réunit deux espèces qui diffèrent par un proton, par exemple CH₃COOH / CH₃COO⁻.
Une réaction acide-base correspond à un transfert de proton entre l’acide d’un couple et la base d’un autre. Pour l’écrire, repère d’abord le donneur et l’accepteur de H⁺, puis vérifie la conservation des atomes et de la charge.
En solution aqueuse diluée, le pH est relié à la concentration en ions oxonium par pH ≈ −log₁₀([H₃O⁺] / 1 mol·L⁻¹). L’expression exacte fait intervenir leur activité. Une différence d’une unité de pH correspond à un facteur 10 sur cette concentration dans ce modèle.
Exemple guidé
Si [H₃O⁺] = 10⁻⁴ mol·L⁻¹, alors pH ≈ −log₁₀(10⁻⁴) = 4. À 25 °C, cette solution est acide.
À toi de jouer
Avec [H₃O⁺] = 10⁻³ mol·L⁻¹, quel est approximativement le pH ?
Voir la correction
pH ≈ −log₁₀(10⁻³) = 3. La concentration doit être exprimée en mol·L⁻¹ dans ce calcul.
Pour aller plus loin
Ressources de référence en anglais pour approfondir les notions :
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