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MvtchaleurplanA2017

CÉGEP DE SHERBROOKE

DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE

SESSION AUTOMNE 2017

PLAN DE COURS

Mouvement et chaleur (203-395-SH)

(3-2-3) Unités: 2.66

Panneau solaire thermique à air pulsé

Programme : Technologie de l'électronique industrielle (243.C0)

Préalable relatif : Éléments de mathématique du génie électrique (201-195-SH)
Corequis à : Compléments de mathématiques pour l’électronique (201-294-SH)

Professeur :
Martin Aubé, bureau 2-57-170, labo de recherche au 2-51-205
Courriel : martin.aube@cegepsherbrooke.qc.ca
Téléphone : 819-563-6450 poste 4146

www.cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/

Note préliminaire

Le cours « mouvement et chaleur » est le seul cours de physique du programme Technologie de l’électronique industrielle, mais les phénomènes physiques sont omniprésents dans ce domaine. Il est certain que les phénomènes et concepts physiques étudiés dans le cadre du cours seront utiles à l'étudiant tant dans la poursuite de ses études que sur le marché du travail.

Les concepts abordés au cours de la session ne sont pas étrangers aux étudiants du génie électrique; le but d'une étude formelle de la physique à ce moment-ci du programme est, en partie, de corriger les mauvaises interprétations qui peuvent influer sur la prise de décision lors de la résolution de problèmes techniques.

Le contenu détaillé du cours est inclus dans ce plan d'études, on y trouve une liste de sujets variés: mécanique, énergie, chaleur et température et transferts de chaleur. Chacun des sujets est touché à la base et transposé, autant que possible, dans des situations réalistes qui peuvent être rencontrées dans le domaine du génie électrique.

Texte ministériel

Approche pédagogique

La matière sera présentée principalement sous forme d'exposés magistraux qui seront fréquemment entrecoupés de situations problèmes ou de petites démonstrations intrigantes.

Durant les situations-problèmes, vous serez amenés à intégrer un certain nombre de concepts pour arriver à une solution. Ces situations-problèmes seront, dans la mesure du possible, inspirées de phénomènes que vous pouvez observer dans la vie de tous les jours ou que vous pourrez reproduire et étudier en laboratoire avec des moyens modestes. Elles feront appel à un éventail de compétences expérimentales (mesures sur le terrain), théoriques, et méthodologiques (p.ex. recherche d'information valable sur le www). Un cours magistral fera généralement tandem à des situations problèmes afin d'élargir l'horizon des connaissances acquises. Par cette démarche d'intégration de concepts vous serez graduellement conduits à développer une certaine acuité à remarquer et analyser des phénomènes souvent très familiers auxquels vous n'aurez peut-être jamais porté d'attention particulière auparavant. Je souhaite que vous puissiez développer votre sens de l'observation, développer votre capacité à transférer vos apprentissages, développer votre créativité et votre esprit d'initiative tout en intégrant une approche d'analyse rigoureuse propre à la méthode scientifique.

Les exposés magistraux seront aussi l'occasion de faire des exemples de résolution de problèmes, il vous sera recommandé de prendre des notes. Le volume de référence permettra de donner une version différente et souvent complémentaire à celle proposée par le professeur afin de favoriser une meilleure intégration des concepts pour tous (la lecture du volume sera nécessaire).

Pour chaque thème abordé en classe, vous connaîtrez les sections pertinentes du volume. Un guide d'étude comprenant la liste des exercices suggérés est accessible sur le site web du cours. Ces exercices visent l'intégration des concepts théoriques un à un. Des exercices intégrateurs sont aussi proposés sur le site web. Ces derniers font intervenir plus d'un concept à la fois, ils vous permettront de vous préparer aux examens. Par son étude, l'étudiant doit s'assurer de dégager et intégrer ces concepts pour pouvoir les identifier par lui-même dans des situations différentes. Les problèmes d'examen seront tirés de situations de la vie de tous les jours dans la mesure du possible.

Des petites démonstrations expérimentales seront régulièrement insérées durant les heures de classe afin de favoriser la compréhension et afin d'augmenter l'intérêt face à aux concepts étudiés.

Un certain nombre de documents relatifs au cours seront disponibles via le World Wide Web sur un wiki dédié à mes cours et accessible à partir du site du département (via ma page personnelle).

http://www.cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema

Les documents pourront donc être consultés en ligne (dans le respect de l'environnement) ou imprimés à l'aide d'un navigateur WEB.

Contenu détaillé:

1. Introduction

1. Qu'est-ce que la physique?
2. La méthode scientifique
3. Précision et erreur et incertitude
4. La notation en puissances de dix et les chiffres significatifs
5. Fabrication et utilisation d’un graphique
6. Ordre de grandeur et unités
7. Résolution d’un problème
8. Les référentiels et les systèmes de coordonnées

2. Rappel mathématique

1. Vecteurs et scalaires
2. Composantes et vecteurs unitaires
3. Somme de vecteurs
4. Produit de vecteurs
5. La dérivée en physique
6. L’intégrale en physique

3. Équilibre

1. Notion de force
2. Principe de relativité
3. Centre de masse
4. Diagramme de force
5. Équilibre de translation
6. Équilibre de rotation
7. Analyse de structure

4. Dynamique et cinématique de translation

1. Les variables du mouvement
2. La deuxième loi de Newton
3. La troisième loi de Newton
4. Les équations du mouvement

6. Les principes de conservation

1. La notion d’énergie
2. Le travail et les forces non conservatives
3. L'énergie cinétique
4. L'énergie potentielle
5. La conservation de l’énergie
6. La conservation de l'énergie dans les fluides: Bernouilli
7. Les Systèmes de poulies et leviers
8. La puissance
9. Notions de thermique

7. Mouvement de rotation

1. Les variables du mouvement rotatif
2. Le moment d’inertie
3. Équivalence avec les lois de translation
4. Le moment cinétique
5. Les principes de conservation et la rotation

Laboratoires

Les équipes de laboratoire seront constituées de quatre étudiants. Pour réaliser les projets vous devrez déterminer par vous-même la démarche expérimentale optimale à utiliser de façon à répondre le mieux possible à la situation-problème. Cela implique la mise au point du protocole expérimental, la fabrication du montage expérimental et le choix de la méthodologie. Vous pourrez utiliser les matériaux disponibles au laboratoire de physique mais si vous jugez nécessaire de compléter avec d'autres matériaux vous pourrez vous les procurer vous-mêmes. La récupération de matériaux usagés devrait être valorisée.

Les heures de laboratoire seront consacrées à la réalisation de deux projets. Vous devez vous attendre à commettre des erreurs qui vous forceront à revoir et améliorer votre démarche.

En laboratoire, les expériences visent le développement de compétences touchant les étapes de la démarche scientifique, les méthodes d’analyse des résultats expérimentaux et la rédaction de rapports techniques. L'évaluation de la partie expérimentale de ce cours mettra l’emphase sur la rédaction de courts rapports de 5 pages maximum présentant l'objectif de votre projet, un schéma de votre dispositif, les concepts physiques utilisés pour les atteindre les objectifs incluant un résumé des améliorations apportées en cours de projet et la présentation du résultat obtenu. Vous devrez aussi fournir une courte conclusion indiquant vos suggestions d'amélioration futures à votre projet. Une partie de l'évaluation sera aussi attribuée à la performance que vous aurez obtenue.

Liste des projets

1. Mesure de la masse d'une automobile (3 semaines)
2. Conception et fabrication d'un panneau solaire thermique (9 semaines)

Détails: http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php/APPWiki/A17Cours02Projets

Évaluation

Évaluation formative

Les situations-problèmes seront possiblement l’occasion pour l’enseignant d’effectuer des observations et de transmettre, de façon orale ou par écrit, des commentaires à l’étudiant. Ces observations et commentaires porteront autant sur l’utilisation adéquate et la compréhension des concepts et connaissances que sur les méthodes de travail, les stratégies employées, les attitudes et les comportements. Cette rétroaction de la part de l’enseignant permettra aux étudiants d’ajuster leurs attitudes, leurs stratégies et leur compréhension en cours de route.

Évaluation sommative

L'évaluation sommative se fera sur la base de quatre habiletés fondamentales au cours. Chaque activité d'évaluation impliquera l'évaluation d'une ou plusieurs des quatre habiletés selon une pondération propre à chaque activité. Voici la liste des habiletés ainsi que les attentes du professeur face à leur maitrise par l'étudiant. Le système de notation de l'habileté est aussi indiqué dans un second tableau.

Tableau des habiletés et attentes face à l'étudiant

Système de notation

Pondération des activités d'évaluation en fonction des habiletés:

• En cas de difficulté de travail au sein de l'équipe de laboratoire, vous aurez à compléter une fiche de coévaluation. Chacun des membre de l'équipe aura à établir le niveau de travail (sur une échelle de 0 à 10) que ses coéquipiers et lui même ont respectivement investis dans le projet. Ces fiches devront être remises par écrit au professeur simultanément à la remise du rapport. L'évaluation des rapports s'appui sur la grille d'évaluation ci-dessus sur la base des quatre habiletés.

Les examens feront appel à votre compréhension des phénomènes physiques concernés. Ils seront composés de problèmes originaux (différents de ceux fait en exercices) et appliqués à la vie de tous les jours. Généralement, ils seront relativement faciles d'un point de vue mathématique. Toutefois, ceux et celles qui n'auront pas fait suffisamment d'exercices et d'étude auront peut-être de la difficulté à identifier le phénomène physique impliqué dans le problème. Vous aurez droit à une feuille recto manuscrite aide mémoire. La correction portera principalement sur la démarche plutôt que sur la réponse.

Disponibilité:

Vous pourrez me rencontrer sur rendez-vous à mon bureau situé au département de physique ou encore à mon laboratoire de recherche au 2-51-205. Je serai aussi TRÈS facile à rejoindre par courriel à l'adresse figurant sur la page couverture.

Politiques départementales:

• La présence aux laboratoires et aux examens est obligatoire. Toute absence non motivée entraîne automatiquement la note zéro. Une absence devra être justifiée par une raison sérieuse dans les plus brefs délais, avec preuve à l’appui.
• En cas de retard dans la remise d’un travail, une pénalité de 10% par jour de retard sera appliquée, à moins d’entente contraire préalable.
• Lors de la remise des travaux et des examens, le professeur présentera la solution en classe ou expliquera la grille de correction. Les étudiants qui le souhaitent auront immédiatement l’occasion de faire vérifier la correction par leur professeur. Cependant, en cas de désaccord, ils disposeront par la suite d’un délai maximal de cinq jours de classe pour faire une revendication auprès de la coordination départementale afin qu’elle forme un comité officiel de révision de note dans des délais raisonnables.

Médiagraphie:

Documentation de base:

• Le wiki du cours: http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php/APPWiki/A17Cours02
• Manuel du cours: http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php/Publication/PrefaceMecanique

APPWiki.A17Cours02CalSimple

Calendrier indicatif: