Où en est la physique sur Zds ?

Bonjour,

Je suis nouveau ici,et je viens de tomber sur ce sujet qui me parle : je suis moi-même prof de physique (niveau prépa 1ere année). C'est ma première année donc là je suis un peu débordé, mais à partir des vacances d'été je serai motivé pour contribuer.

En ce qui concerne l'aspect mathématique, je suis assez d'accord avec KFC : l'idéal serait que des matheux créaient les cours correspondants (quitte à demander aux physiciens des exemples concrets à présenter dans leur cours) et que les autres scientifiques qui en ont besoin renvoient vers les cours des matheux. Ils parleront mieux que nous des notions.

Sinon, j'ai survolé le cours de mécanique actuel de Looping, et il me semble que c'est bien plus une introduction historique au raisonnement physique qualitatif rigoureux (ce qu'il fait bien) qu'une introduction à la mécanique opérationnelle. À vue de nez, je dirai que : - si on veut garder l'approche sans mathématiques, alors il serait cool d'ajouter quelques cas pratiques une fois que toutes les notions sont vues : on se pose une question, on pose notre raisonnement correct et on répond / comprend ce qui se passe. Je n'ai malheureusement pas d'idée sous la main, si ce n'est de compléter la partie sur la résistance de l'air avec l'existence d'une vitesse de chute limite (ce qui se comprend à partir d'un raisonnement simple sur les forces) - si on veut présenter la mathématisation, je pense qu'il veut mieux le séparer. Ça permettrait d'une part de faire quelque chose de moins indigeste, d'autre part de ne pas s'embêter avec l'approche historique qui est, je pense, beaucoup mieux adaptée au cours actuel qu'à une présentation moderne et opérationnelle de la mécanique.

Pour ce qui est des domaines sur lesquels je préférerais contribuer : j'aime toute la physique, mais j'ai une préférence pour la thermo, la physique statistique (très dur à présenter simplement), la mécanique quantique (idem), la relativité restreinte, et la mécanique Newtonienne.

Salut et bienvenue !

Depuis, il y a eu quelques autres cours commencés aussi. Je t'invite à aller jeter un oeil au forum des contenus en cours de rédaction. Par exemple ici, ou ici, là, et puis par là aussi. Cette liste n'est pas exhaustive, mais tu pourras te faire une petite idée de ce qui est déjà entamé.

Bienvenu.

Content de voir des gens qui aiment la thermo et phystat, c'est malheureusement trop rare.

Pour les béta, il y a aussi ça et ça (le tuto de Looping remanié pour avoir une autre approche), et je crains que l'on soit quasiment exhaustif.

Le problème de la thermo, c'est qu'il est difficile de l'enseigner de façon cool. Je me suis mis à aimer ça en découvrant la thermo théorique dans le DGLR (de thermo, pas de phystat) et… si tu la présentes comme ça à un débutant, tu le perds EN plus je vais pas tarder à y arriver dans mon programme, j'espère arriver à en faire quelque chose de cool…

Pour les cours de base, je pense qu'intégrer les notions mathématiques au cours de physique n'est pas plus mal : je pense aux vecteurs et aux dérivées/intégrales. Les cours ne seront pas aussi complets mais offriront le socle nécessaire pour aborder les parties plus mathématiques du cours de physique.
Après, pour les équa diff par exemple, il me semble qu'un cours dédié serait plus pertinent.

J'imagine par exemple un cours de ce genre, pour les bases de la mécanique :

• Les lois de Newton
• [Maths] Les vecteurs : addition, projection, produit scalaire…
• Les référentiels
• La chute des corps et la gravitation
• [Maths] Les dérivées et les intégrales
• Applications : étude de la trajectoire parabolique
• Travail et énergie
• Applications : vitesse de libération, …
• [Maths] Unités et dimensions

Si tu veux parler d'unités et de dimensions, ce doit à mon sens être un chapitre à part de tout cours de physique, et surtout ça doit être accessible en début de lecture par tous (un peu comme le chapitre "qu'est-ce qu'un langage" pour les tutos de programmation dans un langage spécifique). Je ne vois pas l'intérêt de le mettre dans la mécanique, et encore moins à la fin. Et je ne trouve pas que ce soient des maths, même quand on le présente de façon très formelle (comme la fonction à N variables qui permet de calculer un changement de système d'unités).

EDIT : je peux me lancer dans un tel mini-cours si ça vous intéresse

Ensuite, je ne vois pas comment on peut traiter la chute des corps de façon séparée de la chute parabolique. C'est fondamentalement la même chose. À moins de ne garder qu'une approche purement "avec les mains" à ce stade, auquel cas pourquoi introduire les vecteurs avant ? Personnellement, je verrai davantage un / plusieurs chapitre(s) "outils mathématiques" en annexe, plutôt que dans le corps du cours. On peut toujours mettre un lien vers l'annexe pour dire "si vous n'êtes pas sûrs de cette notion, on va en avoir besoin, voici le lien vers le kit de survie en annexe et le lien vers le vrai cours des matheux si vous voulez en savoir plus".

Si tu veux parler d'unités et de dimensions, ce doit à mon sens être un chapitre à part de tout cours de physique, et surtout ça doit être accessible en début de lecture par tous (un peu comme le chapitre "qu'est-ce qu'un langage" pour les tutos de programmation dans un langage spécifique).

Je plussoie. Un tel tuto ferait parti des bases sur lesquelles les autres pourraient se baser.

Après, entre les maths mélangées, en annexe, ou dans un tuto séparé, je n'ai jamais pu trancher. Les trois ont leurs avantages.

Hello! J'ai pas lu si c'était prévu et quel est censé être le niveau de ces cours mais si c'est de la première année universitaire/licence ce qui se fait de plus en plus c'est directement attaquer le corps solide - inertie (tenseur). Durant mon premier cours de Physique Générale on a énormément insisté dessus et très peu considéré les points matériels sauf les deux premières semaines pour rajouter, par exemple, le tir balistique avec frottement visqueux. Si vous planifiez de traiter cet aspect là, je pense qu'il serait intéressant d'introduire le gyroscope (toupies, etc.) aussi car c'est assez compliqué à comprendre .

Sinon, j'approuve tout à fait qu'un cours sur les éq. différentielles est important car très peu de gens les avaient vues avant le cours de Physique et le prof a fait comme si c'était connu !

Après, si le but est vraiment d'expliquer la mécanique classique dès le début il est inévitable de passer par le point matériel mais il faut absolument insister sur les projection et les différents repères (cartésien, cylindrique, …) - j'étais surpris de voir pleins d'étudiants encore utiliser des formules "toutes faites" sans faire les projections adéquates.

Je sais pas trop ce qu'on fait en université ces derniers temps, mais dans le programme de 1ere année de prépa (qui est censé être peu ou prou équivalent à une L1) on parle en effet un peu de solides, mais seulement en rotation autour d'un axe fixe. Pas de mouvements composés (genre cylindre qui roule). Je ne sais pas dans quelle mesure ça ne vaudrait pas le coup de faire d'une part la mécanique du point matériel, d'autre part la mécanique du solide (en poussant un peu, parler des théorèmes de Koenig etc…) ou d'en parler dans un seul cours. La mécanique du point, ça peut déjà être très, très vaste mine de rien

Il y a quelques années (peut-être est-ce toujours le cas), les solides étaient abordés en cours de SI (en PCSI), en parallèle du cours de physique, et avec un léger décalage (et pas les mêmes outils). Autrement dit, physique du point et des rotations simples pour le prof de physique, torseur, champs de vecteur, roulement sans glissement et autre pour le prof de SI.

La mécanique du point, c'est déjà assez fun (tout ce qui tourne pas peut y rentrer quasiment !), et il y a des notions essentielles pour la mécanique des solides. À aborder avant pour sûr, selon moi.

C'est toujours le cas. Mon collègue de SI a déjà fait de la cinématique et de la mécanique du solide en début d'année, moi je finis tout juste la mécanique du point et j'attaque les rotations.

Non, c'est sûr que la mécanique du point peut déjà aller très loin et au final le corps solide n'est pas bien différent. Personnellement, ce qu'on a vu pour les solides cette année c'est le moment d'inertie sous forme matricielle, intégration de volume, énergie cinétique de rotation, les équations d'Euler, les hélices bipales et tripales et l'instabilité des rotations autours des axes secondaires d'inertie (+ tout les effets gyroscopiques avec la précession, etc.). J'ai cependant jamais entendu parler des Th. de Koenig.

De toute manière, je pense que vous avez raison et qu'il faudrait commencer par le point et quitte à évoquer le solide (ou faire une suite sur le corps solide). On peut de toute façon parler des rotations avec le point aussi donc bon.

Les théorèmes de Koenig, c'est ce qui t'autorise à faire tout ce que tu viens d'énoncer. Ils disent en substance que tout mouvement peut se décomposer en un mouvement de translation (repéré par le centre de masse) et un mouvement de rotation dans le référentiel barycentrique, les deux étant indépendants. On peut alors sommer les contributions des énergies cinétiques (translation + rotation, en utilisant les moments d'inertie pour calculer la 2e) ou des moments cinétiques (idem) sans plus de précautions. Bien entendu, ça se démontre à partir de Newton.

Pour revenir un peu sur les maths :
Pour un tuto de base en physique, on aura besoin des vecteurs, et des dérivées/intégrales. Pour ces notions, je trouve que les aborder directement dans le cours de physique permet de mieux intégrer les explications. Plutôt que d'additionner et projeter des vecteurs, on additionne des vitesses et on projette des forces. Les notions de dérivées et intégrale peuvent se voir à la physicienne, en parlant des vitesses, distances, et accélérations.

Ca ce serait pour la base, on aurait un cours de physique autosuffisant. Après, avec ça, lorsqu'on en arrive à établir des équa diffs, on peut renvoyer vers un vrai cours de maths pour la résolution.

Rien ne t'empeche de faire des rappels ou de presenter une vision de physicien sur les outils (c'est meme tout a fait souhaitable), mais c'est justement le but d'un cours de mathematiques que de les presenter de maniere purement mathematiques, dans le but de donner de l'aisance dans la manipulation desdits outils. A ce titre, cela ne me semble donc pas inutile.

Ce serait intéressant d'en discuter. Comment verriez-vous un cours d'introduction à la mécanique ? En cherchant "tuto lois de Newton" par exemple, on trouve pas grand chose autre que scolaire. Si vous connaissez des ressources intéressantes, pour avoir une idée de ce qui peut se faire… Je trouve par exemple dommage que tous les cours balancent "F=ma" sans jamais expliquer d'où ça vient (ça donne un peu l'impression "ta gueule, c'est magique")
Qu'appelles-tu "une présentation moderne et opérationnelle de la mécanique" ? Je pense que cela dépend du but qu'on donne au tuto : approche qualitative (tout en présentant l'aspect mathématique) ou alors approche plus technique (ayant pour but de pouvoir résoudre des exercices plus scolaires).
Personellement, je serais plus dans la première approche.

Qu'appelles-tu "une présentation moderne et opérationnelle de la mécanique" ? Je pense que cela dépend du but qu'on donne au tuto : approche qualitative (tout en présentant l'aspect mathématique) ou alors approche plus technique (ayant pour but de pouvoir résoudre des exercices plus scolaires).
Personellement, je serais plus dans la première approche.

Je suis d'accord sur le fait que la question principale est de savoir : que veut-on transmettre ? Une culture scientifique associée à une démarche qualitative rigoureuse, ou un savoir-faire technique ? Idéalement, il faudrait transmettre les deux ; mais il ne faut pas se leurrer, on ne peut pas faire passer des millions de choses dans un tuto dit d'introduction. Pour un tuto qualitatif, comme je l'ai déjà dit le tien fait bien le taf. Simplement, tu parlais de proposer une formation à la mathématisation de la mécanique il me semble, et c'est là que je verrais une approche plus orientée efficace. Donc une approche moderne et opérationnelle, c'est une approche qui passe immédiatement par les notions de cinématique efficaces et qui exploite à plein le rôle de l'équation différentielle, sans avoir peur des forces compliquées, quitte à s'appuyer souvent sur des résolutions numériques.

Ce serait intéressant d'en discuter. Comment verriez-vous un cours d'introduction à la mécanique ?

• Introduction Qu'est-ce que la mécanique, quel est son objet d'étude. Séparation des grandes catégories de grandeurs : cinématique, dynamique, énergétique. Explication de la méca du point, des systèmes, du solide, des milieux continus. On situe alors le périmètre du cours dans cet ensemble.

• Première approche de cinématique Notion de référentiel, de repère. Vecteur position, vitesse, accélération. Projections en coordonnées cartésiennes, application à la description d'un mouvement rectiligne. Projection en coordonnées cylindriques, application à la description d'un mouvement circulaire.

• Lois de Newton Référentiels galiléens. Quantité de mouvement, 1ere loi de Newton. Notion de force. 2e loi de Newton, les forces sont donc les entités qui permettent de modifier la quantité de mouvement. 3e loi de Newton. On montre alors que la quantité de mouvement d'un système de deux points se conserve : les forces ne sont en fait qu'un mode d'échange de l'impulsion, qui se conserve donc bien au final. Explication de la démarche d'utilisation générale : on fait des expériences pour trouver un modèle des forces, et on en déduit le mouvement à travers une équation différentielle.

• Exemples de mouvements On traite théoriquement et on compare à des vidéos / relevés expérimentaux quelques problèmes : chute sans frottements, avec frottements (résolution numérique), oscillations d'un glaçon dans un verre d'eau, pendule simple (vidéo de balançoire sans personne dessus), satellite en orbite circulaire.

• Introduction à l'énergétique Là j'ai vraiment pas de bonne idée pour introduire le sujet de façon fun (mon propre cours de prépa est assez "TGCM" au début, il ne fait sens qu'à la fin). L'idée est d'arriver à la conservation de l'énergie mécanique et à la notion de profil de potentiel. Une application de la conservation (par exemple définition de l'électron-volt ou vitesse en fin de chute sans frottements). On peut aussi expliquer les petites oscillations autour d'une position d'équilibre stable.

• Notions avancées On parle en vrac sans développer du théorème du moment cinétique, des principes de mécanique du solide, de Navier-Stokes.

Je trouve par exemple dommage que tous les cours balancent "F=ma" sans jamais expliquer d'où ça vient (ça donne un peu l'impression "ta gueule, c'est magique")

Je ne sais pas d'où vient F=ma, personnellement (ou alors de la conservation de l'énergie mécanique, ou du principe de moindre action, mais ce sont des postulats équivalents). Dans un cours d'introduction, je le prend comme un postulat. Après, c'est plus vérifier les conséquences expérimentales qui peut être intéressant, d'autant plus que ça illustre le principe de la démarche scientifique : on ne sait pas comment ça marche, mais si on trouve un postulat abstrait qui explique ce qu'on observe, alors on garde le postulat. Il n'a pas besoin d'avoir une raison profonde.

ayant pour but de pouvoir résoudre des exercices plus scolaires

Je vais un petit peu râler, mais ceci est une chose qui me gratte toujours… Pourquoi la capacité à répondre mathématiquement à une question physique donnée doit forcément être qualifiée de scolaire ? Si je souhaite déterminer l'angle de chute des haradrims qui tombent du dos de l'olifant dans le Seigneur des Anneaux, il faut que je pose les calculs et les traite. Pourtant, l'énoncé n'a pas l'air scolaire. C'est technique certes, et opérationnel ; mais je pense que l'opposition scolaire / non scolaire est une impasse si on souhaite proposer un cours accessible au grand public qui transmette quand même des connaissances solides. Après tout, les cours scolaires ne transmettent pas de la "fausse physique", et la physique se fiche bien de savoir si on énonce les lois sur un tableau ou dans un tuto…

Je suis d'accord sur le fait que la question principale est de savoir : que veut-on transmettre ? Une culture scientifique associée à une démarche qualitative rigoureuse, ou un savoir-faire technique ?
Idéalement, il faudrait transmettre les deux ; mais il ne faut pas se leurrer, on ne peut pas faire passer des millions de choses dans un tuto dit d'introduction.
Pour un tuto qualitatif, comme je l'ai déjà dit le tien fait bien le taf. Simplement, tu parlais de proposer une formation à la mathématisation de la mécanique il me semble, et c'est là que je verrais une approche plus orientée efficace. Donc une approche moderne et opérationnelle, c'est une approche qui passe immédiatement par les notions de cinématique efficaces et qui exploite à plein le rôle de l'équation différentielle, sans avoir peur des forces compliquées, quitte à s'appuyer souvent sur des résolutions numériques.

Je trouve justement qu'il manque un juste milieu entre les cours techniques (que je qualifie de scolaire et que tu appelles opérationnels) et les livres de vulgarisation sans aucun symbole mathématique à l'intérieur. (Je ne connais d'ailleurs pas de livre de vulgarisation de la méca classique, c'est plutôt la mécanique quantique et la cosmologie qui sont vulgarisées)

Sur le plan que tu proposes :

• Première approche de cinématique Notion de référentiel, de repère. Vecteur position, vitesse, accélération. Projections en coordonnées cartésiennes, application à la description d'un mouvement rectiligne. Projection en coordonnées cylindriques, application à la description d'un mouvement circulaire.

• Lois de Newton Référentiels galiléens. Quantité de mouvement, 1ere loi de Newton…

C'est un plan que je qualifierai encore une fois de scolaire (désolé :)). On me dit qu'on va m'apprendre la mécanique, et on commence par me parler de projections, de coordonnées cylindriques… c'est à mon sens une approche trop technique de la mécanique.
Même si on veut une approche technique, j'inverserai les deux parties, quitte même à mettre la partie technique en annexe.
Ca ferait ainsi un tuto à deux niveaux : un qualitatif pour ceux qui recherchent ça, et des annexes techniques pour ceux qui veulent aller plus loin…

Mais tu as raison, c'est vraiment une question d'objectifs de l'auteur (et donc c'est subjectif :))

Hello,

Si je peux me permettre, je suis plutôt d'accord avec @whityranger sur l'aspect de proposer des rappels mathématiques et expliquer les coordonnées polaires (cylindriques et sphériques soyons fous). Certes, ce sont des maths mais la majorité des gens en ont entendu parler pour la première fois en Physique (tout comme les approximations de Taylor-Mc Laurin aussi). Après, vu que ce n'est pas un cours de maths, je ne ferais pas la démonstration des coordonnées sphériques par exemple

En tout cas je trouve le programme intéressant ! L'idéal serait aussi de proposer des exercices et donner une solution possible dans un autre fichier (pour que les gens puissent réfléchir vu que la physique s'apprend surtout en s'exerçant…)

Ce n'est que mon avis bien sûr.

Oui, je m'étais posé la question sur la pertinence d'un "tuto" constitué uniquement d'exercices par exemple, en complément du cours.
La solution détaillée des exos serait l'occasion d'approfondir les notions techniques que le cours se sera contenté de survoler par exemple.

Tiens, question toute autre. Serait-il possible d'aborder la mécanique différemment, par exemple en partant des grands principes de la physique : conservation, symmétries, moindre action…
En gros faire une approche axiomatique de la physique, qui permettrait de "redescendre" vers la mécanique classique (ou même quantique et relativiste).

Ca rejoint une autre question : la physique a-t-elle été axiomatisée ? (Le théorème de Noether m'a l'air d'être un bon candidat pour l'axiomatisation)
Une telle approche serait-elle envisageable, et à quel niveau de prérequis ?