Grandeur physique, valeur numérique et unité ; unités usuelles du quotidien : mètre (m), kilogramme (kg), seconde (s), degré Celsius (°C), litre (L) ; mesurer une longueur, une masse, une durée, une température, un volume.
Chapitre : Matière, mouvement, énergie, information
Décrire les états et la constitution de la matière
Prérequis : Énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur
Erreurs typiques (3)
Confondre watt (puissance) et kilowattheure (énergie).
Utiliser une durée en minutes avec une puissance en watts pour obtenir des joules.
Croire qu'un appareil puissant consomme forcément plus d'énergie (oubli de la durée).
Source : BO n°31 du 30 juillet 2020 — programme du cycle 4 (5e, 4e, 3e)
Forces et interactions
Difficulté 2 sur 5
Action mécanique, modélisation par une force (point d'application, direction, sens, valeur en newton), diagramme objets-interactions, forces de contact et à distance.
Calculer une énergie en kWh avec une durée en minutes.
Croire que la puissance nominale est toujours la puissance consommée.
Source : BO n°31 du 30 juillet 2020 — programme du cycle 4 (5e, 4e, 3e)
Seconde — 8 compétences · 8 avec exercices
Chiffres significatifs et incertitudes
Difficulté 2 sur 5
Chiffres significatifs d'un résultat, variabilité d'une série de mesures, incertitude-type évaluée statistiquement (écart-type), écriture d'un résultat avec son incertitude, comparaison à une valeur de référence.
Prérequis : Poids et masse, Forces et interactions
Erreurs typiques (3)
Oublier d'élever la distance au carré.
Prendre la distance entre les surfaces au lieu de la distance entre les centres.
Croire que la Terre attire la pomme plus fort que la pomme n'attire la Terre.
Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — programme de physique-chimie de seconde générale et technologique
Les sept unités de base du Système international
Difficulté 2 sur 5
Les sept unités de base du SI (m, kg, s, A, K, mol, cd) et les grandeurs associées ; unités dérivées (N, J, W, Pa, V) exprimées à partir des unités de base ; analyse dimensionnelle élémentaire d'une formule.
Prérequis : Forces et interactions, Référentiel, trajectoire, vecteur position
Erreurs typiques (3)
Penser qu'un mouvement uniforme nécessite une force.
Croire que « somme des forces nulle » implique « immobile ».
Oublier que la direction de la vitesse doit aussi rester constante.
Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — programme de physique-chimie de seconde générale et technologique
Référentiel, trajectoire, vecteur position
Difficulté 2 sur 5
Relativité du mouvement, référentiel, trajectoire, système, vecteur position et vecteur vitesse moyenne entre deux positions, mouvements rectiligne/circulaire, uniforme/varié.
Prérequis : Énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur, Produit scalaire
Erreurs typiques (3)
Oublier le cos α (travail d'une force perpendiculaire au déplacement non nul).
Donner un signe positif au travail d'une force de frottement.
Croire que le travail du poids dépend du chemin suivi.
Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — programme de spécialité physique-chimie de première générale
Vecteur vitesse instantanée
Difficulté 3 sur 5
Vecteur vitesse comme limite du vecteur déplacement sur une durée tendant vers 0 ; lien avec la dérivée de la position ; vitesse tangente à la trajectoire.
Croire que la fréquence émise par la source change.
Inverser le sens du décalage (rapprochement = fréquence perçue plus élevée).
Appliquer la formule du récepteur en mouvement au cas de la source en mouvement.
Source : BO spécial n°8 du 25 juillet 2019 — programme de spécialité physique-chimie de terminale générale
Énergie interne, transferts thermiques
Difficulté 3 sur 5
Énergie interne, capacité thermique, Q = m c ΔT, modes de transfert (conduction, convection, rayonnement), bilan d'énergie, loi phénoménologique de Newton.
Prérequis : Intensité et tension, Vecteurs du plan
Erreurs typiques (3)
Croire que les lignes de champ magnétique partent d'un pôle et s'arrêtent à l'autre (elles sont fermées).
Confondre pôle nord géographique et pôle nord magnétique.
Penser qu'un champ magnétique exerce une force sur une charge immobile.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Optique géométrique dans les conditions de Gauss
Difficulté 3 sur 5
Modèle du rayon lumineux et conditions de Gauss ; miroir plan ; lentilles minces sphériques, foyers objet et image, relation de conjugaison et grandissement en valeurs algébriques avec origine au centre ; construction d'images ; association de deux lentilles et instruments simples.
Chapitre : Signaux physiques
Optique géométrique
Prérequis : Lentilles minces convergentes, Réfraction et loi de Snell-Descartes
Erreurs typiques (4)
Utiliser la relation de conjugaison avec des distances toutes positives, alors que les positions sont des valeurs algébriques comptées depuis le centre optique.
Confondre le foyer image et le point où se forme l'image : ils ne coïncident que pour un objet situé à l'infini.
Oublier de vérifier les conditions de Gauss (rayons peu inclinés et proches de l'axe) avant d'appliquer les relations de conjugaison.
Conclure qu'une image de grandissement négatif est virtuelle, alors que le signe du grandissement ne dit que le sens de l'image.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Changement de référentiel et forces d'inertie
Difficulté 4 sur 5
Composition des vitesses et des accélérations entre deux référentiels en translation l'un par rapport à l'autre ; caractère non galiléen d'un référentiel accéléré ; force d'inertie d'entraînement ; description d'un même mouvement dans deux référentiels.
Chapitre : Mécanique
Changement de référentiel
Prérequis : Référentiel, trajectoire, vecteur position, Deuxième loi de Newton, Vecteurs du plan
Erreurs typiques (4)
Écrire la composition des vitesses dans le mauvais sens et obtenir la vitesse relative opposée à celle qu'on cherche.
Appliquer la deuxième loi de Newton telle quelle dans un référentiel accéléré, sans ajouter la force d'inertie d'entraînement.
Chercher un auteur à la force d'inertie (« quelque chose me pousse ») alors qu'elle ne traduit que le mouvement du référentiel choisi.
Traiter comme galiléen un référentiel lié à un véhicule qui freine, parce qu'il est « immobile pour le passager ».
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Énergie interne, enthalpie et loi de Laplace
Difficulté 4 sur 5
Premier principe pour un système fermé au repos ; énergie interne et enthalpie d'un gaz parfait, capacités thermiques à volume et à pression constants et leur rapport ; travail des forces de pression, calculé avec la pression extérieure ; transformations isochore, isobare, isotherme et adiabatique quasi statique ; loi de Laplace et son domaine de validité.
Chapitre : Thermodynamique
Premier principe
Prérequis : Premier principe de la thermodynamique, Modèle du gaz parfait, Intégrale et calcul d'aires
Erreurs typiques (4)
Appliquer la loi de Laplace à une détente adiabatique brutale, alors qu'elle suppose la transformation quasi statique.
Calculer le travail des forces de pression avec la pression du gaz au lieu de la pression extérieure lors d'une transformation irréversible.
Utiliser la capacité thermique à volume constant pour une transformation isobare, ou confondre variation d'énergie interne et variation d'enthalpie.
Croire qu'une transformation adiabatique est nécessairement isotherme, puisqu'aucun transfert thermique n'a lieu.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Énergie potentielle, équilibres et petites oscillations
Difficulté 4 sur 5
Force conservative et énergie potentielle associée ; lecture d'un profil d'énergie potentielle à un degré de liberté (états liés, états de diffusion) ; positions d'équilibre stables et instables ; pulsation des petites oscillations autour d'un minimum, obtenue par développement limité de l'énergie potentielle.
Chapitre : Mécanique
Approche énergétique
Prérequis : Conservation de l'énergie mécanique, Variations et optimisation, Développements limités
Erreurs typiques (4)
Lire un maximum d'énergie potentielle comme un équilibre stable, au seul motif que la tangente y est horizontale.
Oublier le signe moins de la relation entre force et énergie potentielle, et diriger la force vers les énergies potentielles croissantes.
Prendre la dérivée seconde de l'énergie potentielle pour la pulsation des petites oscillations, sans la diviser par la masse ni en prendre la racine.
Décider qu'un mouvement est borné en comparant l'énergie mécanique à l'énergie cinétique au lieu de l'énergie potentielle.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Induction électromagnétique
Difficulté 4 sur 5
Flux du champ magnétique, loi de Faraday e = −dΦ/dt, loi de Lenz, principe de l'alternateur et du transformateur.
Chapitre : Induction et forces de Laplace
Lois de l'induction
Prérequis : Champ magnétique, Dérivée d'une fonction composée
Erreurs typiques (3)
Croire qu'un champ magnétique constant induit une tension (il faut une variation de flux).
Oublier le signe moins (loi de Lenz) et conclure à un renforcement du phénomène.
Confondre flux (Wb) et champ (T).
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Oscillateur harmonique
Difficulté 4 sur 5
Système masse-ressort, équation ẍ + ω₀² x = 0, pulsation propre, solution sinusoïdale, énergie ; pendule simple aux petits angles.
Prérequis : Deuxième loi de Newton, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants
Erreurs typiques (3)
Confondre pulsation ω₀ (rad/s) et fréquence f (Hz).
Écrire la période T = 2π√(k/m) au lieu de 2π√(m/k).
Appliquer la solution sinusoïdale au pendule pour de grands angles.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Oscillateur harmonique amorti
Difficulté 4 sur 5
Oscillateur à un degré de liberté soumis à un frottement fluide : mise sous forme canonique avec la pulsation propre et le facteur de qualité, les trois régimes (apériodique, critique, pseudo-périodique), pseudo-période, décrément logarithmique, temps de relaxation et décroissance de l'énergie mécanique.
Prérequis : Oscillateur harmonique, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants
Erreurs typiques (4)
Confondre pseudo-période et période propre, alors que la pseudo-période est toujours la plus grande des deux.
Annoncer un régime pseudo-périodique dès qu'il y a des frottements, sans comparer le facteur de qualité à un demi.
Prendre le décrément logarithmique pour le rapport de deux élongations successives au lieu du logarithme de ce rapport.
Croire que le retour à l'équilibre est d'autant plus rapide que l'amortissement est fort, alors que le retour le plus rapide est le régime critique.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Régime sinusoïdal forcé et impédances complexes
Difficulté 4 sur 5
Représentation complexe d'une grandeur sinusoïdale ; impédances complexes d'un conducteur ohmique, d'une bobine et d'un condensateur ; loi des mailles et diviseur de tension en complexes ; amplitude et déphasage ; résonance en intensité d'un circuit RLC série, bande passante et facteur de qualité ; valeur efficace et puissance moyenne.
Chapitre : Signaux physiques
Régime sinusoïdal forcé
Prérequis : Régime transitoire d'un circuit RLC série, Nombres complexes, Fonctions sinus et cosinus
Erreurs typiques (4)
Additionner les impédances en module au lieu de les additionner en complexes, ce qui revient à ignorer les déphasages.
Confondre amplitude et valeur efficace, qui ne diffèrent que d'un facteur racine de deux pour un signal sinusoïdal.
Croire que la résonance en intensité d'un circuit RLC série se décale quand la résistance augmente, alors qu'elle reste à la pulsation propre.
Calculer la puissance moyenne comme le produit des valeurs efficaces, sans le facteur de puissance.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Régime transitoire d'un circuit RLC série
Difficulté 4 sur 5
Bobine idéale et relation entre sa tension et la dérivée de l'intensité ; équation différentielle du second ordre d'un circuit RLC série ; pulsation propre et facteur de qualité en fonction de R, L et C ; les trois régimes ; conditions initiales imposées par la continuité de l'intensité dans la bobine et de la tension aux bornes du condensateur ; bilan d'énergie.
Chapitre : Signaux physiques
Circuits linéaires du second ordre
Prérequis : Circuit RC : charge et décharge d'un condensateur, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants
Erreurs typiques (4)
Imposer la continuité de la tension aux bornes de la bobine ou de l'intensité dans le condensateur, alors que ce sont l'intensité dans la bobine et la tension aux bornes du condensateur qui ne peuvent pas sauter.
Croire que le facteur de qualité augmente avec la résistance, alors qu'il lui est inversement proportionnel.
Confondre pulsation propre et pseudo-pulsation dans le calcul de la pseudo-période.
Oublier qu'un circuit RLC série libre finit toujours avec une intensité nulle, et chercher un régime permanent qui oscille encore.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Deuxième principe et bilans entropiques
Difficulté 5 sur 5
Deuxième principe : entropie comme fonction d'état, entropie échangée et entropie créée, positivité de l'entropie créée et irréversibilité ; entropie d'un gaz parfait ; bilan entropique d'un contact thermique et d'une détente ; machines cycliques dithermes — moteur, réfrigérateur, pompe à chaleur — et efficacité maximale de Carnot.
Chapitre : Thermodynamique
Deuxième principe
Prérequis : Énergie interne, enthalpie et loi de Laplace, Fonction logarithme népérien
Erreurs typiques (4)
Croire que l'entropie d'un système ne peut jamais diminuer, alors que c'est l'entropie créée qui est positive ou nulle, pas celle du seul système.
Calculer une variation d'entropie le long du chemin irréversible réellement suivi, au lieu de passer par un chemin réversible entre les mêmes états.
Annoncer une efficacité supérieure à celle de Carnot sans y voir la contradiction avec le deuxième principe.
Confondre entropie échangée et entropie créée, et conclure à une transformation réversible dès que l'entropie échangée est nulle.
Source : BO spécial n°1 du 11 février 2021 — programme de physique-chimie de la classe de MPSI
Prépa 2e année — 8 compétences · 0 avec exercice
Écoulement parfait : équation d'Euler et relation de Bernoulli
Difficulté 4 sur 5
Description eulérienne d'un écoulement, lignes de courant, débits volumique et massique, conservation de la masse, équation d'Euler d'un fluide parfait, relation de Bernoulli le long d'une ligne de courant en écoulement stationnaire, incompressible et homogène ; effet Venturi, vidange d'un réservoir.
Chapitre : Mécanique des fluides
Écoulements parfaits
Prérequis : Pression et statique des fluides, Conservation de l'énergie mécanique, Deuxième loi de Newton
Erreurs typiques (5)
Appliquer la relation de Bernoulli entre deux points qui n'appartiennent pas à la même ligne de courant.
Utiliser Bernoulli dans un écoulement visqueux ou non stationnaire, alors que sa démonstration suppose le fluide parfait et le régime permanent.
Confondre débit volumique (m³·s⁻¹) et vitesse (m·s⁻¹), donc oublier la section dans la conservation du débit.
Conclure qu'un rétrécissement augmente la pression : la vitesse y augmente, donc la pression y diminue.
Prendre la dérivée particulaire pour la dérivée partielle : en régime stationnaire, l'accélération d'une particule de fluide n'est pas nulle pour autant.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Diffusion thermique : loi de Fourier et équation de la chaleur
Difficulté 5 sur 5
Flux thermique et densité de flux, loi de Fourier j = −λ grad T, bilan d'énergie sur une tranche et équation de la chaleur, diffusivité thermique, régime stationnaire (profil affine dans un mur plan), résistance thermique et association série ou parallèle.
Chapitre : Thermodynamique
Diffusion thermique
Prérequis : Énergie interne, transferts thermiques, Premier principe de la thermodynamique, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants, Dérivée d'une fonction composée
Erreurs typiques (5)
Oublier le signe moins de la loi de Fourier, et faire remonter la chaleur du froid vers le chaud.
Confondre la conductivité thermique λ (W·m⁻¹·K⁻¹) et la diffusivité D = λ/(ρ c) (m²·s⁻¹) : la première gouverne le régime stationnaire, la seconde la durée d'établissement.
Appliquer la résistance thermique d'un mur plan, e/(λ S), à une géométrie cylindrique ou sphérique, où la surface traversée dépend du rayon.
Croire que le régime stationnaire est atteint immédiatement, alors que la durée caractéristique varie comme le carré de l'épaisseur.
Additionner les conductivités de deux couches accolées au lieu d'additionner leurs résistances thermiques.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Équation de Schrödinger et états stationnaires
Difficulté 5 sur 5
Fonction d'onde et interprétation probabiliste, condition de normalisation, équation de Schrödinger stationnaire à une dimension, puits de potentiel infini : quantification de l'énergie en n², longueur d'onde de de Broglie, marche de potentiel et effet tunnel.
Chapitre : Physique quantique
Équation de Schrödinger
Prérequis : Photon et spectres atomiques, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants, Nombres complexes, Intégrale et calcul d'aires
Erreurs typiques (5)
Prendre la fonction d'onde elle-même pour une densité de probabilité : c'est son module au carré qui en est une, et la fonction d'onde peut être complexe ou négative.
Oublier la normalisation, donc annoncer une probabilité de présence supérieure à 1.
Écrire des niveaux d'énergie proportionnels à n au lieu de n² dans le puits infini, par analogie fautive avec l'atome de Bohr, où ils varient en 1/n².
Croire que l'énergie de l'état fondamental d'un puits peut être nulle : elle ne l'est jamais, c'est l'énergie de confinement.
Traiter l'effet tunnel comme un franchissement « par-dessus » la barrière : la particule ne prend jamais une énergie supérieure à la barrière.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Équations de Maxwell dans le vide
Difficulté 5 sur 5
Les quatre équations locales (Maxwell-Gauss, Maxwell-flux, Maxwell-Faraday, Maxwell-Ampère), leurs formes intégrales, le courant de déplacement, la conservation de la charge comme conséquence, et le passage aux équations de propagation du champ dans le vide.
Chapitre : Électromagnétisme
Équations de Maxwell
Prérequis : Champ électrique, Champ magnétique, Induction électromagnétique, Dérivée d'une fonction composée, Produit scalaire
Erreurs typiques (5)
Confondre divergence et rotationnel : la divergence d'un champ de vecteurs est un scalaire, son rotationnel est un vecteur — les deux ne peuvent pas figurer dans la même égalité.
Oublier le courant de déplacement dans Maxwell-Ampère et appliquer le théorème d'Ampère à un condensateur en cours de charge, où il donne deux résultats contradictoires selon la surface choisie.
Lire « div B = 0 » comme l'absence de courant, alors qu'elle traduit l'absence de charge magnétique isolée : le flux du champ magnétique est conservatif même en présence de courants.
Croire que les équations de Maxwell ne valent qu'en régime stationnaire, et raisonner en électrostatique sur un champ qui dépend du temps.
Traiter le champ électrique comme s'il dérivait toujours d'un potentiel : ce n'est plus vrai dès que le champ magnétique varie (Maxwell-Faraday).
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Facteur de Boltzmann et système à deux niveaux
Difficulté 5 sur 5
Microétats et macroétat, hypothèse d'équiprobabilité, système en contact avec un thermostat, facteur de Boltzmann exp(−E/kT), fonction de partition, population relative de deux niveaux, énergie moyenne et capacité thermique d'un système à deux niveaux, ordre de grandeur de kT à température ambiante.
Chapitre : Physique statistique
Facteur de Boltzmann
Prérequis : Modèle du gaz parfait, Énergie interne, transferts thermiques, Fonction exponentielle, Variables aléatoires
Erreurs typiques (5)
Utiliser une température en degrés Celsius dans le facteur de Boltzmann, qui exige la température absolue en kelvin.
Croire que le niveau excité est vide dès que son énergie dépasse kT : sa population est faible, jamais nulle.
Oublier la fonction de partition au dénominateur et confondre le poids exp(−E/kT) avec une probabilité, dont la somme doit valoir 1.
Confondre la constante de Boltzmann k et la constante des gaz parfaits R, qui vaut k multiplié par la constante d'Avogadro.
Comparer deux niveaux par le rapport de leurs énergies au lieu du rapport des facteurs de Boltzmann, qui dépend de leur différence d'énergie.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Onde électromagnétique plane progressive monochromatique dans le vide
Difficulté 5 sur 5
Équation de d'Alembert pour le champ dans le vide, structure de l'onde plane progressive monochromatique : transversalité, relation de dispersion ω = c k, trièdre direct et relation de structure B = (u ∧ E)/c, champs en phase, amplitude B₀ = E₀/c.
Chapitre : Électromagnétisme
Ondes électromagnétiques dans le vide
Prérequis : Équations de Maxwell dans le vide, Ondes mécaniques périodiques, Équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants, Fonctions sinus et cosinus
Erreurs typiques (5)
Écrire B₀ = E₀ ou B₀ = c E₀ au lieu de B₀ = E₀/c : le facteur 1/c est perdu, et l'amplitude du champ magnétique se trompe de seize ordres de grandeur.
Orienter le trièdre (E, B, u) à l'envers : le champ magnétique obtenu est l'opposé du champ réel.
Donner au champ magnétique une composante selon la direction de propagation : dans le vide, l'onde plane est transverse pour les deux champs.
Croire que E et B sont en quadrature, comme la tension et l'intensité dans un condensateur : dans le vide ils sont en phase, et leur produit vectoriel ne change jamais de sens.
Confondre pulsation ω (rad·s⁻¹) et fréquence f (Hz), donc perdre un facteur 2π dans la relation de dispersion.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Vecteur de Poynting et bilan d'énergie électromagnétique
Difficulté 5 sur 5
Densité volumique d'énergie électromagnétique, vecteur de Poynting Π = (E ∧ B)/μ₀, équation locale de Poynting, puissance rayonnée à travers une surface, valeur moyenne temporelle et éclairement d'une onde plane progressive monochromatique.
Chapitre : Électromagnétisme
Énergie du champ électromagnétique
Prérequis : Onde électromagnétique plane progressive monochromatique dans le vide, Énergie et puissance, Intégrale et calcul d'aires
Erreurs typiques (4)
Oublier le facteur 1/2 de la moyenne temporelle d'un carré de cosinus, et annoncer un éclairement deux fois trop grand.
Confondre le vecteur de Poynting, qui est une puissance surfacique en W·m⁻², et une puissance en W : la surface éclairée manque dans le calcul.
Ajouter les vecteurs de Poynting de deux ondes superposées : ce sont les champs qui s'ajoutent, pas les puissances — d'où les interférences.
Prendre l'amplitude pour la valeur efficace du champ, ce qui fait perdre un facteur √2 sur le champ et 2 sur la puissance.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Viscosité, nombre de Reynolds et écoulement de Poiseuille
Difficulté 5 sur 5
Viscosité dynamique et force de cisaillement, condition d'adhérence à la paroi, nombre de Reynolds comme rapport des termes convectif et visqueux, écoulement de Poiseuille dans un tube cylindrique (profil parabolique, débit proportionnel à la puissance quatrième du rayon), transition vers la turbulence, notion de couche limite.
Chapitre : Mécanique des fluides
Écoulements visqueux
Prérequis : Écoulement parfait : équation d'Euler et relation de Bernoulli, Les sept unités de base du Système international, Intégrale et calcul d'aires
Erreurs typiques (5)
Traiter le nombre de Reynolds comme une grandeur dimensionnée : c'est un nombre sans unité, et une valeur exprimée « en m/s » signale une erreur de calcul.
Prendre la vitesse du fluide comme nulle au centre du tube et maximale à la paroi : c'est l'inverse, la condition d'adhérence impose une vitesse nulle à la paroi.
Oublier que le débit de Poiseuille varie comme la puissance quatrième du rayon : diviser le rayon par deux divise le débit par seize, pas par quatre.
Confondre viscosité dynamique (Pa·s) et viscosité cinématique (m²·s⁻¹), donc se tromper d'un facteur égal à la masse volumique dans le nombre de Reynolds.
Croire qu'un écoulement lent est nécessairement laminaire, sans regarder la taille du conduit ni la viscosité du fluide.
Source : Programme officiel de physique des classes de deuxième année de CPGE scientifiques (MP, PC, PSI)
Licence 1 — 8 compétences · 0 avec exercice
Incertitudes composées et propagation
Difficulté 4 sur 5
Incertitude-type de type A (écart-type expérimental de la moyenne, s divisé par la racine de n) et de type B (tolérance d'un instrument, loi uniforme, demi-étendue divisée par la racine de 3) ; composition quadratique des incertitudes ABSOLUES dans une somme et des incertitudes RELATIVES dans un produit de puissances ; budget d'incertitude et grandeur dominante ; écriture d'un résultat avec son incertitude et son unité.
Prérequis : Chiffres significatifs et incertitudes, Dispersion : étendue, quartiles, écart-type, Dérivée d'un produit, d'un quotient
Erreurs typiques (5)
Additionner les incertitudes-types au lieu de les composer quadratiquement : la somme surestime systématiquement le résultat.
Oublier l'exposant dans un produit de puissances : quand une grandeur dépend du carré d'une durée, c'est le double de l'incertitude relative sur la durée qui entre au budget.
Composer des incertitudes absolues dans un produit, ou des incertitudes relatives dans une somme.
Confondre l'écart-type d'une série de mesures et l'incertitude sur la moyenne : répéter la mesure réduit la seconde, pas le premier.
Écrire l'incertitude avec autant de chiffres que la valeur mesurée, au lieu d'un ou deux chiffres significatifs.
Source : JCGM 100:2008 — Évaluation des données de mesure : guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM)
Interférences à deux ondes et cohérence
Difficulté 4 sur 5
Superposition de deux ondes lumineuses issues d'une même source ; différence de marche, déphasage, ordre d'interférence ; conditions d'interférence constructive et destructive ; franges des trous d'Young et interfrange ; cohérence temporelle et spatiale, contraste des franges.
Prérequis : Interférences et diffraction, Ondes mécaniques périodiques
Erreurs typiques (4)
Confondre la différence de marche, une longueur, et le déphasage, un angle.
Croire que deux lampes ordinaires peuvent produire des franges : il faut deux ondes issues de la même onde initiale.
Mesurer l'interfrange entre une frange brillante et la frange sombre voisine.
Oublier que l'interfrange dépend de la longueur d'onde : en lumière blanche, les franges se colorent et le contraste chute.
Source : J.-P. Pérez, Optique — fondements et applications, Dunod
Moment cinétique et théorème du moment cinétique
Difficulté 4 sur 5
Moment d'une force par rapport à un point puis à un axe orienté, bras de levier ; moment cinétique d'un point matériel ; théorème du moment cinétique dans un référentiel galiléen ; conservation quand le moment résultant est nul, et loi des aires pour un mouvement à force centrale.
Chapitre : Mécanique du point et du solide
Moment cinétique
Prérequis : Deuxième loi de Newton, Vecteurs du plan
Erreurs typiques (4)
Donner un moment sans préciser le point ou l'axe par rapport auquel il est calculé.
Prendre la distance au point d'application de la force au lieu du bras de levier, distance à la droite d'action.
Croire que le moment cinétique se conserve dès que la résultante des forces est nulle : c'est le moment résultant qui doit l'être.
Oublier que le moment d'une force dont la droite d'action passe par le point est nul, quelle que soit son intensité.
Source : D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physique (3 vol.), Dunod
Potentiel électrostatique et énergie potentielle
Difficulté 4 sur 5
Circulation du champ électrostatique et caractère conservatif ; potentiel défini à une constante près ; relation entre champ et potentiel, le champ pointant vers les potentiels décroissants ; surfaces équipotentielles orthogonales aux lignes de champ ; énergie potentielle d'une charge dans un champ, électronvolt.
Chapitre : Électrostatique
Potentiel et énergie électrostatiques
Prérequis : Champ électrique, Travail d'une force
Erreurs typiques (4)
Confondre le potentiel, scalaire exprimé en volts, et le champ, vecteur exprimé en volts par mètre.
Oublier le signe : le potentiel décroît dans le sens du champ, il ne croît pas.
Croire qu'un champ nul en un point impose un potentiel nul en ce point, alors que le potentiel est défini à une constante près.
Traiter l'électronvolt comme une unité de potentiel alors que c'est une unité d'énergie.
Source : D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physique (3 vol.), Dunod
Solide en rotation autour d'un axe fixe
Difficulté 4 sur 5
Solide indéformable, vitesse angulaire commune à tous ses points ; moment d'inertie par rapport à un axe et sa dépendance à la répartition des masses ; équation du mouvement de rotation ; énergie cinétique de rotation ; liaison pivot idéale et couple moteur.
Chapitre : Mécanique du point et du solide
Rotation d'un solide autour d'un axe fixe
Prérequis : Moment cinétique et théorème du moment cinétique, Énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur
Erreurs typiques (4)
Écrire le bilan de rotation avec la masse au lieu du moment d'inertie.
Croire que le moment d'inertie ne dépend que de la masse : il dépend de sa répartition, donc de l'axe choisi.
Oublier l'énergie cinétique de rotation d'un solide qui roule, et ne compter que la translation.
Mélanger des vitesses angulaires exprimées en tours par minute et en radians par seconde sans conversion.
Source : D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physique (3 vol.), Dunod
Machines thermiques et rendement de Carnot
Difficulté 5 sur 5
Machine cyclique ditherme : moteur, réfrigérateur, pompe à chaleur ; bilans d'énergie et d'entropie sur un cycle ; inégalité de Clausius ; rendement maximal d'un moteur ditherme et efficacité d'une machine frigorifique ; irréversibilités et écart au cas idéal.
Chapitre : Thermodynamique
Machines thermiques
Prérequis : Premier principe de la thermodynamique, Modèle du gaz parfait
Erreurs typiques (4)
Employer des températures en degrés Celsius dans le rendement maximal, qui exige des températures absolues.
Croire qu'un progrès technique peut faire dépasser le rendement de Carnot, qui est une borne de principe.
Confondre le rendement d'un moteur, inférieur à 1, et l'efficacité d'une pompe à chaleur, supérieure à 1.
Oublier qu'un cycle ramène le système à son état initial : sur un cycle, la variation d'énergie interne est nulle.
Source : J.-P. Pérez, Thermodynamique — fondements et applications, Dunod
Magnétostatique : théorème d'Ampère
Difficulté 5 sur 5
Champ magnétostatique créé par des courants permanents ; symétries et invariances d'une distribution de courants ; circulation du champ et théorème d'Ampère ; champ d'un fil rectiligne infini et d'un solénoïde long ; conservation du flux magnétique et absence de charge magnétique.
Chapitre : Magnétostatique
Théorème d'Ampère
Prérequis : Champ magnétique, Intensité et tension
Erreurs typiques (4)
Choisir un contour d'Ampère avant d'avoir déterminé la direction du champ par les symétries.
Compter le courant total du circuit au lieu du seul courant enlacé par le contour choisi.
Croire que le champ à l'intérieur d'un solénoïde long dépend de son rayon.
Transposer le théorème de Gauss au champ magnétique en cherchant une charge magnétique intérieure : il n'en existe pas.
Source : D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physique (3 vol.), Dunod
Théorème de Gauss et symétries du champ électrostatique
Difficulté 5 sur 5
Flux du champ électrostatique à travers une surface fermée ; théorème de Gauss ; exploitation préalable des symétries et des invariances d'une distribution pour connaître la direction du champ et les variables dont il dépend ; champ d'une sphère uniformément chargée, d'un fil rectiligne infini et d'un plan infini.
Chapitre : Électrostatique
Théorème de Gauss
Prérequis : Champ électrique, Interaction électrostatique, loi de Coulomb, Vecteurs du plan
Erreurs typiques (4)
Appliquer le théorème de Gauss sans avoir établi la direction du champ par les symétries : la surface choisie ne simplifie alors rien.
Compter dans la charge intérieure des charges situées hors de la surface fermée : elles contribuent au champ, jamais au flux total.
Confondre le champ d'un plan infini, uniforme, et celui d'une charge ponctuelle, qui décroît comme l'inverse du carré de la distance.
Croire qu'un flux nul à travers une surface impose un champ nul en chacun de ses points.
Source : D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physique (3 vol.), Dunod
