Marc Couture

En 1687, Isaac Newton mettait la touche finale à son ouvrage majeur, les Principia. La parution de cet ouvrage constituait l'aboutissement de la révolution scientifique déclenchée un siècle et demi plus tôt par un moine polonais, Nicolas Copernic, révolution qui, à terme, a transformé notre façon d'interroger et de comprendre l'univers physique. Cette révolution, qui concernait d'abord la nature et la cause des mouvements que l'on peut observer dans l'univers, a rapidement débouché sur un renouvellement de notre façon d'envisager cet univers et la place qu'y occupe l'être humain. À l'issue de cette révolution, une nouvelle science, la première des sciences modernes, était née : la physique. Par la même occasion, les fondements d'une nouvelle conception des liens entre les mathématiques, l'étude de la nature, et même la religion, étaient mis en place.

L'édifice conceptuel mis sur pied durant la révolution copernicienne, la mécanique classique (qualifiée aussi de newtonienne), était d'une telle solidité que les générations de scientifiques qui ont suivi n'ont pu qu'en raffiner les modes d'utilisation. Même les bouleversements survenus en physique au début du 20^e siècle, qui ont donné naissance à la mécanique quantique et à la Relativité, n'en ont que confirmé la justesse dans l'immense majorité des situations. Cette théorie reste donc tout à fait apte à décrire ou à prédire avec une précision impressionnante les mouvements des objets qui nous entourent, et même d'une bonne partie de ceux qui s'agitent aux confins de l'univers. Troissiècles après Newton, la mécanique qu'il a mis au point reste toujours d'actualité .

Ce cours vous propose donc d'étudier, tant sur le plan historique que sur le plan scientifique, l'évolution de la mécanique newtonienne dans les siècles qui ont suivi sa conception. Vous aurez ainsi l'occasion d'apprendre comment les raffinements qu'on lui a fait subir ont amélioré notre façon de comprendre le monde qui nous entoure et d'agir sur lui. Ce cours (ainsi que celui qui le précède, PHY 1021 La mécanique : de Copernic à Newton) est basé sur la série télévisée américaine L'univers mécanique. Cette série (vous le verrez dès la première leçon) est elle-même inspirée d'un cours offert dans une université américaine renommée, l'université Caltech, en Californie.

Le but de ce cours est de montrer comment l'héritage de Newton a été raffiné et élargi par les générations de scientifiques qui lui ont succédé et comment ceux-ci ont ainsi défini les bases sur lesquelles allait s'appuyer la physique contemporaine.

Objectifs spécifiques

• Expliquer et appliquer à des situations physiques certains développements de la physique postérieurs à Newton (les lois de conservation, le concept d'énergie, l'électromagnétisme) qui ont été intégrés à la mécanique newtonienne.

• Appliquer les concepts et lois de la mécanique à l'étude des phénomènes ondulatoires.

• Appliquer les lois de la mécanique (en particulier les lois de conservation) à la détermination des orbites des satellites artificiels.

• Effectuer des observations et mesures, sur des phénomènes de la vie courante, susceptibles d'appuyer une interprétation de ces phénomènes dans le cadre des théories de la mécanique.

• Identifier quelques-uns des éléments qui caractérisent l'activité de recherche en sciences physiques.

• Reconnaître quelques-uns des grands bouleversements conceptuels qu'a connus la physique au début du 20^e siècle.

• Appliquer les lois de la mécanique classique aux mouvements de la Terre, des planètes et des satellites naturels du système solaire.

• Identifier les distinctions essentielles existant entre certains concepts physiques et les notions du sens commun qui leur sont apparentées.

• Employer correctement quelques-uns des outils et des éléments de langage mathématiques utilisés par la physique.

• Appliquer les habiletés de base dans le domaine de la mesure et de la présentation des données et résultats d'expériences.

De l'aveu même des auteurs de la série télévisée américaine, L'Univers mécanique, le contenu de cette série est peu orthodoxe : non seulement on y adopte une perspective résolument historique, mais on s'inscrit en faux contre la tendance habituelle à diluer l'aspect mathématique de la physique sous prétexte de la rendre plus accessible.

En plus d'aborder les notions de force, d'énergie, de quantité de mouvement et d'étudier les concepts physiques à la base de la navigation interplanétaire et finalement du mouvement harmonique, ce cours de physique devient aussi l'occasion de présenter et de faire comprendre certaines notions mathématiques, telles que les équations différentielles élémentaires.

(54 s)

Voici une partie de la table des matières du manuel qui a été conçu spécifiquement par ce cours afin d'accompagner la série télévisée. 

Voici un aperçu de la table des matières du guide d'étude qui vous sera envoyé afin de mieux vous situer dans votre démarche d'apprentissage.

Le matériel pédagogique de ce cours comprend trois documents :

• le cahier d'apprentissage (guide d'étude);
• 13 émissions télévisées (sur DVD);
• le manuel.

Le cahier d'apprentissage
Le cahier d'apprentissage comporte deux sections : le Guide de l'étudiant, qui présente des renseignements importants sur tous les aspects du cours, et le Guide d'expérimentation, qui contient les explications et consignes relatives aux activités visant l'application d'habiletés expérimentales dans le cadre d'une expérimentation simple d'exécution mais riche en contenu physique.

Les émissions télévisées
Le cours a été construit à partit du contenu des 13 émissions de la série télévisée américaine L'Univers mécanique (qui en compte au total 26) retenues pour le présent cours. Ces émissions sont disponibles en format DVD dans la documentation du cours. Vous devez donc disposer d'un lecteur de DVD, ou encore d'un ordinateur capable de lire les DVD Vidéo.

La treizième émission présente une vue d'ensemble de la série; vous pourriez la visionner en premier si vous ne connaissez pas déjà la série télévisée. Les autres émissions portent sur différents concepts ou épisodes historiques reliés à la révolution copernicienne ou, la plupart du temps, à l'évolution de la physique après cette époque. Le contenu du cours se retrouve en bonne partie dans ces émissions. Dans la plupart d'entre elles, des chiffres (allant de 1 à 9 au maximum) apparaissent à l'occasion dans le coin gauche, au haut de l'écran. L'apparition d'un de ces chiffres indique que des explications sont offertes dans le manuel sur les notions que l'émission vient de présenter.

Le manuel
Le manuel accompagne la série télévisée, chaque chapitre correspondant à une émission et portant le même titre. Pour chaque chapitre, le manuel présente des informations et propose des exercices destinés à assurer une bonne compréhension du contenu des émissions. On y retrouve les sections suivantes :

• un court texte d'introduction;
• la liste des notions requises pour entreprendre le chapitre;
• une liste de termes à retenir;
• une mention vous suggérant d'effectuer le premier visionnement de l'émission;
• un test postvisionnement;
• la liste des nouveaux personnages mentionnés dans l'émission;
• le téléguide;
• des compléments;
• des exercices.

De plus, le manuel comprend les corrigés de l'ensemble des exercices (incluant les tests postvisionnement et les espaces à remplir), suivis des appendices et d'un index des notions.

L'encadrement est individualisé et assuré par une personne tutrice.

L'évaluation porte sur trois travaux notés : deux examens à domicile et un rapport d'expérimentation.

Deux examens à domicile (35 % chacun)

Les questionnaires d'examen vous seront expédiés par votre personne tutrice aux moments indiqués sur la feuille de route. Ces examens comprendront des questions et des exercices du même genre que ceux que vous avez à effectuer à chaque chapitre. Vous disposerez d'un minimum d'une semaine pour faire l'examen et retourner le questionnaire rempli.

Un rapport d'expérimentation (30 %)

Vous aurez à effectuer une expérimentation simple destinée à vous faire exercer un certain nombre d'habiletés de base essentielles pour la réalisation d'expériences en physique et la présentation de leurs résultats. Cette activité fera l'objet de deux envois à votre personne tutrice :

• un rapport préliminaire (5 %);
• un rapport final (25 %).

Vous devez effectuer seul les examens et le rapport d'expérimentation; le travail d'équipe n'est pas autorisé pour les travaux notés.

Un cours de trois crédits de la Télé-université requiert normalement 135 heures de travail réparties sur quinze semaines. Afin de vous soutenir dans votre démarche d’apprentissage et de vous aider à planifier votre travail hebdomadaire, nous vous proposons un cheminement sous la forme d’une feuille de route. Elle résume la démarche et les diverses activités prévues pour vous permettre d’assimiler progressivement la matière. 

Vous êtes cependant libre de répartir votre emploi du temps selon vos besoins et vos disponibilités, à condition de respecter les exigences pour la réalisation et l’envoi des travaux notés.

Pour un rappel du titre des chapitres du manuel, cliquez ici.