Cinématique II (les différents mouvements, la loi de Newton…)

Prérequis: Cinématique & Introduction à la Dynamique  I

Crédits équivalents: 3

Description du cours

Ce cours constitue une introduction approfondie à la mécanique classique et couvre les fondements de la cinématique et de la dynamique tels qu’utilisés en sciences, en ingénierie et dans les programmes techniques. L’étudiant y développera une compréhension rigoureuse du mouvement des corps en une, deux et trois dimensions, ainsi que des lois qui régissent ce mouvement.

Le cours aborde successivement :

• la description mathématique du mouvement (position, vitesse, accélération),
• l’analyse vectorielle des déplacements en 2D et 3D,
• les trajectoires, projectiles et mouvements complexes,
• les lois de Newton et les forces fondamentales,
• le travail, l’énergie et la puissance,
• la quantité de mouvement et les collisions,
• les systèmes soumis à des forces variables,
• les oscillations, le mouvement circulaire et la dynamique rotative.

Une attention particulière est portée à l’utilisation des outils mathématiques modernes — dérivées, intégrales, vecteurs et fonctions paramétriques — afin de modéliser des phénomènes physiques réels. Des laboratoires, simulations numériques et analyses vidéo complètent la formation pour ancrer les concepts dans des situations concrètes.

À l’issue du cours, l’étudiant sera en mesure de résoudre des problèmes physiques complexes, d’interpréter correctement des données expérimentales, et d’appliquer les lois fondamentales de la mécanique à une variété de systèmes en mouvement.

Compétences développées

• Modéliser un mouvement en utilisant les fonctions mathématiques appropriées.
• Analyser un système en mouvement à l’aide des lois de Newton.
• Appliquer les principes d’énergie et de quantité de mouvement pour résoudre des situations réelles.
• Interpréter et analyser des données expérimentales issues des laboratoires.
• Utiliser des outils technologiques de mesure et des logiciels d’analyse vidéo/scientifique.
• Développer un raisonnement scientifique structuré et rigoureux.

Particularités du cours

• Formulation complète en vecteurs
• Intégration et dérivation appliquées à la physique
• Activités de laboratoire avec capteurs, photogates et analyse vidéo
• Applications à l’ingénierie (friction, mouvement avec air, projectiles réels)
• Résolution de problèmes complexes et situations authentiques

Place du cours dans le programme

Ce cours constitue la base de toute formation en physique au collégial et établit les fondations nécessaires pour les cours subséquents :

• Électricité & magnétisme
• Ondes et optique
• Physique moderne
• Mécanique avancée
• Résistance des matériaux
• Sciences appliquées et ingénierie

Il joue également un rôle déterminant pour les programmes techniques (technologie du génie civil, industriel, mécanique, aéronautique, biomédical, etc.).

Approche pédagogique

• Cours théoriques
• Résolution de problèmes
• Simulations interactives
• Analyse expérimentale
• Travail collaboratif
• Approche par compétences

OBJECTIFS GÉNÉRAUX DU COURS

À la fin de ce cours, l’étudiant pourra :

• Décrire un mouvement en 1D, 2D et 3D à l’aide d’équations paramétriques.
• Utiliser les dérivées pour déterminer vitesse et accélération.
• Utiliser les intégrales pour calculer déplacement, variation de vitesse ou travail.
• Résoudre des problèmes de mouvement uniformes, accélérés, non-uniformes.
• Appliquer les lois de Newton à des systèmes complexes.
• Analyser des forces variables et modéliser des systèmes physiques réels.
• Utiliser les lois de conservation (énergie, quantité de mouvement).
• Étudier des collisions élastiques et inélastiques.
• Comprendre les référentiels non inertiels et les forces fictives (qualitatif).

Public cible

Ce cours s’adresse à :

• Les étudiants inscrits en sciences de la nature, génie, physique, mathématiques, informatique, technologie industrielle ou programmes préuniversitaires connexes.
• Les apprenants en technologie du génie civil, mécanique, industriel, aéronautique ou biomédical.
• Les futurs enseignants en sciences et mathématiques.
• Toute personne désirant acquérir une base solide en mécanique classique pour des études supérieures ou des applications professionnelles.

Compétences visées

À la fin du cours, l’étudiant sera capable de :

Compétences disciplinaires

• Modéliser le mouvement en 1D, 2D et 3D à l’aide des outils mathématiques (dérivées, intégrales, vecteurs).
• Décrire précisément la position, la vitesse et l’accélération d’un corps.
• Appliquer les lois de Newton pour analyser des systèmes variés.
• Utiliser les principes de conservation (énergie, quantité de mouvement).
• Résoudre des situations physiques complexes (forces variables, collisions, oscillations, mouvement circulaire).

Compétences analytiques

• Construire des représentations graphiques pertinentes (x(t), v(t), a(t)).
• Interpréter des données expérimentales provenant de laboratoires et capteurs.
• Vérifier la validité de modèles et formuler des hypothèses scientifiques cohérentes.

Compétences techniques

• Utiliser des logiciels scientifiques et d’analyse vidéo.
• Manipuler des instruments de laboratoire (photogates, capteurs, plateformes de dynamique).

Compétences transversales

• Résoudre des problèmes de façon structurée, logique et rigoureuse.
• Travailler en équipe lors de laboratoires et projets.
• Communiquer des raisonnements scientifiques de manière précise et claire.

Bibliographie

Giancoli, D. C. (2013). Physics: Principles with Applications (7e éd.). Pearson.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2020). Physics for Scientists and Engineers (10e éd.). Cengage Learning.
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Tipler, P. A., & Mosca, G. (2008). Physics for Scientists and Engineers (6e éd.). W. H. Freeman.
Hibbeler, R. C. (2015). Engineering Mechanics: Statics and Dynamics (14e éd.). Pearson.
Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2011). The Feynman Lectures on Physics (Vol. 1). Basic Books.
Lemay, M., & Lavallée, J. (2012). Mécanique – Cours et problèmes. Chenelière Éducation.
Séguin, C. (2009). Physique mécanique. Chenelière Éducation.
Merleau-Ponty, J. (1994). Mécanique. Presses Universitaires de France.
Symon, K. R. (1971). Mechanics (3e éd.). Addison-Wesley.