NT Bases Physique-1

Secteur Froid : CALCUL
Secteur Froid
Physique générale
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Sommaire
Généralités
Le système international (SI)
Mesures de longueur
Notion de Masse
Notion de Masse Volumique
Notion de Densité
Volume Massique
Notion de Poids
Energie
Travail
Rendement énergétique

Généralités
La physique est la science qui a pour objet l’étude générale des corps :
• Solide
• Liquide
• Gazeux
Cette étude peut se classer en trois phases :

1. Etude des propriétés générales des corps
Densité, aspect, état de surface
2. Etude des lois qui tendent à modifier leur état

Par action des forces
Par action de la chaleur
3. Etude des lois qui tendent à modifier leur mouvement

Relation entre le déplacement et le temps
Relation entre les forces et les déplacements
Ainsi la physique est un très vaste domaine divisé en de nombreuses branches spécialisées
• Physique générale
• Physique des liquides
• Physique des gaz
• Physique mécanique
• Physique thermodynamique
La physique n’est pas une science abstraite mais bien au contraire très concrète, dont les retentissements
technologiques sont très importants dans la vie professionnelles de nombreux travailleurs.
Grandeurs physiques
La matière est définie par des grandeurs particulières appelées grandeurs physiques.
Certains de ces grandeurs que nous utiliserons sont :
• Longueur
• Masse
• Temps
• Température
• Pression
• Surface
• Volume
• Etc...

Mesure des grandeurs

Mesurer une grandeur, c’est rechercher combien de fois elle contient une grandeur de la même espèce. Le résultat
de l’opération est la valeur ou mesure de la grandeur
Cette mesure peut s’effectuer de deux façons :
Directement à l’aide d’instruments de mesure (mètre pour la longueur, le litre pour la capacité)
Indirectement en effectuant une opération arithmétique avec des éléments mesurés (surface d’un carré, vitesse)
Les unités
Les trois unités de base sont définies par la longueur, la masse et le temps
On parle du système LMT (Longueur, Masse, Temps)
Le système international (SI)

C’est un système métrique décimal. Il est divisé en deux groupes :
Les unités dérivées : découlant des unités de base dont elle se rapporte par des relations mathématiques ou
mécaniques. (Mètre carré ; vitesse ; fréquence).
Les unités pratiques : utilisées lorsque les unités sont trop grandes ou trop petites. (Microfarad, le bar).
Grandeur Symbole Unité Symbole

Longueur L mètre m
Masse m kilogramme kg
Temps t seconde s
Intensité
I ampère A
électrique
Température T Kelvin K
Quantité de
la mole mole mol
matière
Intensité
J candela cd
lumineuse

Lettres grecques utilisées en froid
θ : thêta pour la température exprimée en degrés Celsius [°C]

Φ : phi pour la puissance frigorifique ou calorifique exprimée en watt [W]
∆ : delta pour un écart
∆θ : delta thêta pour un écart de température exprimé en degrés Celsius [°C] ou kelvin [K]
η : êta pour un rendement sans unité

Mesures de longueur
Le mètre est l'unité de mesure de longueur
Les mesures de longueur vont de 10 en 10
Mesures de surface
1 m² = 100 dm²
1 m² = 10 000 cm²
1 m² = 1 000 000 mm²

Notion de masse
On a donné le nom de masse à la quantité de matière contenue dans un corps.
La masse d’un corps est constante, invariable en tous lieux.
Mesure des Masses:
La mesure des masses s’effectue à l’aide de balances ou de bascules.

Symbole de la masse : m
UNITE DE MASSE : LE KILOGRAMME « kg »
Le kilogramme est la masse du prototype en platine iridié, qui a été sanctionné par la conférence générale des poids
et mesures, tenue en 1889 à Paris et qui est déposé au pavillon de Breteuil à Sèvres.
MULTIPLES ET SOUS-MULTIPLES
Unité Valeur Symbole

Tonne : 1000 kg T
Quintal 100 kg Q
Hectogramme: 0,1 kg hg
Gramme: 0,001kg g
.
UNITES ANGLAISES
Le pound ou la livre : 1 LBS = 0,454 kg
L'once : 1Oz = 28,35 g

Notion de Masse Volumique

La masse volumique d'un corps est la masse de l'unité de volume du corps considéré.
Unité de Masse Volumique :
Le kg/m3
L'unité de masse volumique est le kilogramme par mètre-cube ρ

C'est la masse vo1umique d'un corps V dont la masse m est de 1 kg et 1e volume de 1 m3
ρ=
m
[kg / m ] = [kg ]
[m ]
3
3
V
Exemples :
Solides et liquides à 20°C, Gaz à 0°C
SOLIDES
Plomb: 11340 kg/ m³

Aluminium: 2700 kg/ m³
Liège: 300 kg/ m³
Fer: 7880 kg/ m³
LIQUIDES
Eau: 1000 kg/m³

Mercure: 13600 kg/ m³
L’huile: 850 kg/ m³
Ammoniac: 650 kg/ m³
GAZ
Air: 1,293kg/ m³ à 0°C et à la P.atm.
Gaz carbonique: 1,95kg/ m³

Notion de Densité
La densité d'un corps homogène étant le nombre décimal exprimant le rapport de la masse volumique de ce corps à
la masse volumique d'un corps de référence,
Il ne peut y avoir d'unité de densité.
Les corps de référence sont généralement:
L'eau pour les solides et les liquides, l’air pour les gaz
La densité d'un corps s'exprimera donc par la formule générale :
ρC
d=
ρR
Avec :
ρ c : masse volumique du corps considéré
ρ R : masse volumique de référence, pour un gaz l’air, pour un liquide ou un solide l’eau
RAPPEL:
ρ de l'eau = 1000 kg/m³
ρ de l'air = 1,293 kg/m³

Volume Massique
C’est par définition le volume occupé à la pression atmosphérique
Normale (1013 mb), par le mélange d’air sec et de vapeur d’eau contenant
1 Kg d’air sec
Symbole : v’
v' =
V 3 [m]
[m / kg ] = [kg ]
3
m
Notion de Poids
Le poids d'un objet est la force exercé par la terre sur celui-ci :
Il se mesure avec un dynamomètre.
Le poids d’un même objet varie avec le lieu de la mesure en fonction de

L’accélération de la pesanteur appelé « g » et qui vaut :
• 9,83m/s aux pôles

• 9,81m/s à Paris
• 9,78m/s à l’équateur
La cause de ses variations est la masse terrestre qui exerce autour d'elle un champ de pesanteur g dont l’intensité
varie en chaque point.
RELATION FONDAMENTALE
P = m⋅g
P: Newton [N]
m: Kilogramme [kg]
g: accélération ou gravité [m/s²]

Vitesse Linéaire
La vitesse d'un point mobile exprime la longueur de son déplacement pendant l'unité de temps.
l m
v= m/s =
t s
v : Vitesse en m/s
l : Distance parcourue en mètre
t : Temps en seconde
L'unité légale du temps est la seconde: s

L'unité légale de la vitesse est le mètre par seconde : m/s
L'unité usuelle pour les véhicules est le kilomètre par heure : km/h
Deux aspects de la vitesse:
La vitesse d'une voiture peut se calculer en divisant la longueur du trajet qu'elle parcourt par le temps mis pour le
parcourir.
V moy = L : t
V moy : est la vitesse moyenne de la voiture pendant le temps: t
La vitesse de la voiture peut aussi se lire à chaque instant sur l'indicateur de vitesse, elle est appelée vitesse
instantanée.

Notion de force
La force est un effet capable de provoquer le déplacement d’un corps

Si nous poussons de la main un objet immobile posé sur une table, nous allons le mettre en mouvement.
En exerçant un effort de la main, nous pourrions également allonger un ressort.
Dans les deux cas, nous avons fourni un effort musculaire.

Mécaniquement, nous dirons que nous avons appliqué une FORCE.
Définition :
On appelle FORCE, toute cause capable de produire ou de modifier le mouvement d'un corps, ou bien de le
déformer.
Habituellement on écrit :
F = m .g
De ce qui précède, on constate que la masse et la Force sont deux grandeurs mécaniquement liées, comme la
masse et le poids l’unité de Force est donc la même c’est le Newton
Le NEWTON est la Force qui communique à un corps d'un kg une accélération de 1 m/s² .

Energie
Définition :
L'énergie est la capacité d'un système à produire un travail, entraînant un mouvement ou produisant par exemple
de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité.
C'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours
des transformations. L'énergie s'exprime en joules (Wikipédia)
L'énergie a des formes très variées .
Mécanique, Calorifique, Electrique, Chimique, etc….
De même, les sources d’énergie sont diverses ;
Fossile : Le charbon, le fuel, le gaz naturel,.

Potentiel : Chute d’eau, vent,
Renouvelable : solaire, tellurique (Qui provient de la terre),…
Elle peut provenir d’une transformation d’une énergie en une autre .
Mécanique en Electrique (alternateur)

Chimique en Electrique (Pile)
Electrique en Calorifique (Résistances chauffantes)
Etc…..
Energie mécanique
W
W = P ⋅t P=
t
Energie calorifique
Q
Q = Φ ⋅t Φ=
t
La puissance (P ou Φ) est toujours exprimée en watt [W]
L’énergie qu’elle soit mécanique (W), calorifique (Q) ou électrique est toujours exprimée en joule [J]
Elle est aussi exprimée en [W.h] : 1 Wh = 3600J

Notion de travail
Malgré la Force exercée par cet homme, le wagon ne se déplace pas, l'ouvrier ne produit aucun travail.
Pour qu'il y ait TRAVAIL, il faut que la Force exercée provoque un déplacement.
Le travail W effectué par une force est le produit de la valeur de cette force par la longueur du déplacement.
L'unité de travail est le Joule (J)
W = F ⋅d
Joule [J] = Force [N] x distance [m] 1 J = 1 N.m
Le [Nm] est l’ancienne unité.

Notion de Puissance
Un même travail peut être effectué dans des temps différents.
Exemples:
Un homme est plus PUISSANT s’il produit un même travail (déplacer le chariot) dans un temps plus court.
Pour effectuer une même distance l’homme qui pousse le chariot A met 60 secondes, celui qui pousse le chariot B
met 75 secondes.
L’homme qui pousse la machine A est plus puissant.
Une machine est plus PUISSANTE qu'une autre si elle produit le même travail dans un temps plus court, ou
encore si dans le même temps elle fournit plus de travail.
La machine B est deux fois plus puissante que la machine A.
Définition :
La Puissance d’une machine est sa capacité de produire un certain travail par unité de temps
Unité de puissance du système SI : le WATT (W)
W
[Watt ] = [Joule]
P=
t [s ]
Le watt est la puissance d’une machine qui produit un travail de un joule
Pendant une seconde.
1 Watt = 1 Joule/seconde - 1 W = 1 J/s

Notion de rendement
L’énergie absorbée subit des pertes dans sa transformation en énergie utilisée.
Le rapport entre l’énergie utilisée et l’énergie absorbée est appelé, rendement η
Il en est de même pour les puissances utile et absorbée.
Wu
η=
Wa
Pu
η=
Pa
Symboles :
η : rendement
Wu : Energie utile
Wa : Energie absorbée
Pu : Puissance utile
Pa : Puissance absorbée


Etablissement référent
Direction de l'Ingénierie Toulouse (DIFQ – Direction de la pédagogie,
de l’accompagnement et de la stratégie numérique)
Equipe de conception
Ali BEN SADIA Ingénieur de Formation
Alain TERRIER Formateur
Anne PIE (Médiatiseur)
Reproduction interdite
Article L 122-4 du code de la propriété intellectuelle
« Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de
l'auteur ou de ses ayants droits ou ayants cause est illicite. Il en est de même pour
la traduction, l'adaptation ou la transformation, l'arrangement ou la reproduction par un
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Le système international (SI)

Notion de Masse Volumique

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Cette étude peut se classer en trois phases :

2. Etude des lois qui tendent à modifier leur état

3. Etude des lois qui tendent à modifier leur mouvement

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Mesure des grandeurs

Le système international (SI)

Grandeur Symbole Unité Symbole

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Lettres grecques utilisées en froid

θ : thêta pour la température exprimée en degrés Celsius [°C]

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Le mètre est l'unité de mesure de longueur

Les mesures de longueur vont de 10 en 10

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Mesure des Masses:

La mesure des masses s’effectue à l’aide de balances ou de bascules.

Unité Valeur Symbole

Le pound ou la livre : 1 LBS = 0,454 kg

L'once : 1Oz = 28,35 g

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Notion de Masse Volumique

Unité de Masse Volumique :

L'unité de masse volumique est le kilogramme par mètre-cube ρ

Plomb: 11340 kg/ m³

Eau: 1000 kg/m³

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Les corps de référence sont généralement:

La densité d'un corps s'exprimera donc par la formule générale :

ρ de l'eau = 1000 kg/m³

ρ de l'air = 1,293 kg/m³

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Le poids d’un même objet varie avec le lieu de la mesure en fonction de

• 9,83m/s aux pôles

©Afpa DIFQ CI-BTP – Toulouse nt-base-physique-052018 10 / 18

L'unité légale du temps est la seconde: s

Deux aspects de la vitesse:

V moy : est la vitesse moyenne de la voiture pendant le temps: t

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La force est un effet capable de provoquer le déplacement d’un corps

En exerçant un effort de la main, nous pourrions également allonger un ressort.

Dans les deux cas, nous avons fourni un effort musculaire.

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L'énergie a des formes très variées .

Mécanique, Calorifique, Electrique, Chimique, etc….

De même, les sources d’énergie sont diverses ;

Fossile : Le charbon, le fuel, le gaz naturel,.

Elle peut provenir d’une transformation d’une énergie en une autre .

Mécanique en Electrique (alternateur)

Elle est aussi exprimée en [W.h] : 1 Wh = 3600J

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L'unité de travail est le Joule (J)

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Unité de puissance du système SI : le WATT (W)

1 Watt = 1 Joule/seconde - 1 W = 1 J/s