Cours de physique générale

Mécanique générale Observation, expérimentation, théorie

Mathématiques considérées comme un outil pour décrire et analyser les résultats expérimentaux
• Mathématiques permettent d’établir les lois fondamentales, de prédire de nouveaux phénomènes, de calculer l’évolution et les forces dans les systèmes
• Introduction de la mécanique comme base de la physique
• Formalisme mathématique lié aux concepts fondamentaux
• Premier but : synthèse entre deux approches possibles : – approche expérimentale : met en évidence la démarche conduisant des observations aux lois, souvent trop élémentaire du point de vue mathématique pour résoudre des problèmes concrets – approche abstraite : présente la mécanique de façon déductive, avec toute la rigueur mathématique, en partant d’axiomes et de définitions, mais qui n’accorde que peu d’importance à la discussion des concepts physiques
• Deuxième but : faire ressortir que la physique est basée sur un certain nombre de choix arbitraires : – choix des unités – choix du référentiel – choix des variables
• L’invariance des prédictions théoriques par rapport à ces choix, appelé principe d’objectivité, permet de développer des méthodes d’investigation très puissantes, par exemples l’utilisation de modèles réduits, pour les études théoriques et expérimentales des systèmes complexes.
• La mécanique est l’étude des systèmes réels : le point matériel n’est qu’un modèle préliminaire ; pas de division traditionnelle en deux parties : mécanique du point & mécanique des systèmes (le point matériel, cas particulier introduisant le cas général des systèmes matériels)

Buts de la physique

• Expliquer les phénomènes naturels, y compris ceux de la vie.
• physique (1487) , « science de la nature » , du latin p h y s i c a et du grec p h u s i k ê
• Dans ce chapitre nous allons voir :
• Différences entre – physique « classique » et « quantique », – physique « générale » et « statistique », – physique « relativiste » et « non-relativiste »
• Notions d’espace spatio-temporel, espace dans lequel se déroulent les phénomènes que la physique se propose d’expliquer ou de prédire.

Description classique

• Jusqu’à la fin du XIXe, la recherche est basée sur la description classique (que nous adoptons dans ce cours mais que nous voulons expliciter et nuancer pour tenir compte des développements modernes et pour faire ressortir les hypothèses à la base de cette description).
• Description classique : élaborée au cours des siècles à partir de l’observation répétée, consciente ou non, de phénomènes qui apparaissent avec une grande régularité, de façon familière et indépendante de l’observateur, tels que le mouvement des corps célestes ou la chute des objets à la surface de la Terre.
• Il existe une Réalité, indépendante de l’observation, obéissant à un ensemble de règles, appelées lois naturelles. Cette confiance en l’existence de lois régissant l’évolution temporelle repose sur deux principes fondamentaux : le déterminisme et l’homogénéité du temps
• Le déterminisme affirme que la Réalité, telle qu’elle existe à un instant donné, détermine univoquement l’évolution future et contient l’histoire du passé.
• L’homogénéité du temps est le principe selon lequel deux situations identiques, réalisées à des instants différents, doivent évoluer de façons identiques. Ces deux principes sont à la base de la méthode scientifique
• But : découvrir les lois fondamentales afin de déduire l’ensemble des lois de la nature pour obtenir une description de la Réalité.
• Pour énoncer ces lois, l’approche classique admet que tout système est caractérisé par un ensemble de grandeurs ayant à tout instant une valeur bien définie : connaissance à t = t 0 ⇒ connaissance ∀ t.
• Trois hypothèses classiques :
• HC1 : possible de mesurer les grandeurs avec la précision désirée, uniquement un problème de technologie.
• HC2 : possible de mesurer simultanément toutes les grandeurs, i.e., possible de mesurer la grandeur B immédiatement après la grandeur A sans modifier la valeur de A.
• HC3 : possible de mesurer les grandeurs sans modifier les valeurs qu’elles auraient en l’absence de toute observation.