Une liste complète de toutes les formules de physique

L’apprentissage de la physique consiste à appliquer des concepts pour résoudre des problèmes. Cet article fournit une liste complète de formules de physique, qui agira comme une référence prête, lorsque vous résolvez des problèmes de physique. Vous pouvez même utiliser cette liste, pour une révision rapide avant un examen.

La physique est la plus fondamentale de toutes les sciences. C’est aussi l’une des sciences les plus difficiles à maîtriser. Apprendre la physique, c’est essentiellement étudier les lois fondamentales qui régissent notre univers. Je dirais qu’il y a beaucoup plus à apprendre que de se souvenir et d’assimiler les formules de physique. Essayez de comprendre ce que dit et signifie une formule, et quelle relation physique elle expose. Si vous comprenez les concepts physiques sous-jacents à ces formules, il est facile des dériver ou des mémoriser. Cet article énumère quelques formules de physique dont vous auriez besoin pour résoudre des problèmes de physique de base.

Formules de physique

• Mécanique
• Friction
• Moment d’inertie
• Gravité newtonienne
• Mouvement de projectile
• Pendule simple
• Electricité
• Thermodynamique
• Electromagnétisme
• Optique
• Physique quantique

Déterminez toutes ces formules une fois, avant de commencer à les utiliser. Étudiez la physique et considérez-la comme une occasion d’apprécier la beauté sous-jacente de la nature, exprimée par les lois naturelles. L’aide en physique est fournie ici sous la forme de formules prêtes à l’emploi. La physique a la réputation d’être difficile et, dans une certaine mesure, c’est vrai, en raison des mathématiques impliquées

Si vous ne souhaitez pas réfléchir par vous-même et appliquer les principes de base de la physique, la résolution des problèmes de physique sera toujours difficile. Notre liste de formules de physique a pour but de vous aider à résoudre les problèmes. La joie d’avoir résolu un problème de physique par vous-même vaut tous les efforts déployés ! La compréhension des concepts de physique met à l’épreuve votre imagination et votre capacité de réflexion. Si vous visualisez un problème, vous pouvez trouver une solution. Voici donc la liste promise qui vous aidera

Mécanique

Mouvement dans une dimension

Les formules du mouvement en une dimension (Appelées aussi équations cinématiques du mouvement) sont les suivantes. (Ici,  » u  » est la vitesse initiale,  » v  » est la vitesse finale,  » a  » est l’accélération et t est le temps):

• s = ut + ½ at²
• v = u + at
• v² = u² + 2as
• v_av (Vitesse moyenne) = (v+u)/2

Momentum, force et impulsion

Les formules pour le momentum, l’impulsion et la force concernant une particule se déplaçant en 3 dimensions sont les suivantes (Ici la force, le momentum et la vitesse sont des vecteurs ):

• La quantité de mouvement est le produit de la masse et de la vitesse d’un corps. Le momentum est calculé à l’aide de la formule : P = m (masse) x v (vitesse)
• La force peut être définie comme quelque chose qui provoque un changement dans la quantité de mouvement d’un corps. La force est donnée par la célèbre loi du mouvement de Newton : F = m (masse) x a (accélération)
• Une impulsion est une force importante appliquée dans un laps de temps très court. La frappe d’un marteau est une impulsion. L’impulsion est donnée par I = m(v-u)

Densité

La densité est la masse contenue dans un corps par unité de volume.

Momentum angulaire

Le momentum angulaire est une quantité analogue au momentum linéaire dans lequel le corps subit un mouvement de rotation. La formule du moment cinétique (J) est donnée par :

J = r x p
où J désigne le moment cinétique, r est le rayon vecteur et p le moment linéaire.

Mouvement circulaire

Les formules du mouvement circulaire d’un objet de masse « m » se déplaçant dans un cercle de rayon « r » à une vitesse tangentielle « v » sont les suivantes :.

Centre de masse

Masse réduite pour deux corps en interaction

La formule de physique pour la masse réduite (μ) est :

où m₁ est la masse du premier corps, m₂ est la masse du second corps.

Travail et énergie

Les formules du travail et de l’énergie dans le cas d’un mouvement à une dimension sont les suivantes :

W (Travail effectué) = F (Force) x D (Déplacement).

L’énergie peut être classée globalement en deux types, l’énergie potentielle et l’énergie cinétique. Dans le cas de la force gravitationnelle, l’énergie potentielle est donnée par.

Energie potentielle(gravitationnelle) = m (Masse) x g (Accélération due à la gravité) x h (Hauteur)

L’énergie cinétique transitoire est donnée par ½ m (masse) x v²(vitesse au carré).

Electricité

La loi d’Ohm

La loi d’Ohm donne une relation entre la tension appliquée un courant circulant dans un conducteur solide :

V (tension) = I (courant) x R (résistance).

Puissance

Dans le cas d’un circuit électrique fermé avec une tension appliquée V et une résistance R, traversé par un courant I,

= I²R… (car V = IR, loi d’Ohm)

La loi de tension de Kirchoff

Pour chaque boucle d’un circuit électrique :

Σ_iV_i = 0
où V_i sont toutes les tensions appliquées aux bornes du circuit.

La loi du courant de Kirchoff

A chaque nœud d’un circuit électrique :.

Σ_iI = 0
où I _i sont tous les courants qui circulent en direction ou en provenance du nœud du circuit

La loi du courant de Sirchoff

Résistance

Les formules de physique pour la résistance équivalente en cas de combinaison en parallèle et en série sont les suivantes :
Résistances R₁, R₂, R₃ en série :.

R_eq = R₁ + R₂ + R₃

Résistances R₁ et R₂ en parallèle:

Pour un nombre n de résistances, R₁, R₂…R_n, la formule sera :

1/R_eq/i> = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃…+ 1/R_n.

Condensateurs

Un condensateur stocke l’énergie électrique, lorsqu’il est placé dans un champ électrique. Un condensateur typique est constitué de deux conducteurs séparés par un diélectrique ou un matériau isolant. Voici les formules les plus importantes liées aux condensateurs. L’unité de capacité est le farad (F) et ses valeurs sont généralement spécifiées en mF (micro Farad = 10 ^-6 F)

Capacité (C) = Q / V

Énergie stockée dans un condensateur (E_cap) = 1/2 CV²= 1/2 (Q² / C) = 1/2 (QV).

Courant circulant dans un condensateur I = C (dV / dt).

Capacité équivalente pour « n » condensateurs connectés en parallèle :

C_eq (Parallèle) = C₁ + C₂ + C₃…+ C_n = Σ_{i=1 à n} C_i

Capacité équivalente pour « n » condensateurs en série :.

1 / C_eq (Série) = 1 / C₁ + 1 / C₂…+ 1 / C_n = Σ_{i=1 à n} (1 / C_i).

Dans ce cas.

• C est la capacitance
• Q est la charge stockée sur chaque conducteur du condensateur
• V est la différence de potentiel aux bornes du condensateur

Formule du condensateur à plaques parallèles :.

C = kε₀ (A/d)

Où.

• k = onstante diélectrique (k = 1 dans le vide)
• ε₀ = Permittivité de l’espace libre (= 8,85 × 10^-12 C² / Nm²)
• A = Surface de la plaque (en mètres carrés)
• d = Séparation des plaques (en mètres)

Formule du condensateur cylindrique :

C = 2π kε₀ L / ln(b / a)

Où.

• k = constante diélectrique (k = 1 dans le vide)
• ε₀ = Permittivité de l’espace libre (= 8,85 × 10^-12 C² / Nm²)
• L = Longueur du condensateur
• a = Rayon du conducteur interne
• b = Rayon du conducteur extérieur

Formule du condensateur sphérique :

C = 4π kε₀ (ab)/(b-a)

Où.

• k = constante diélectrique (k = 1 dans le vide)
• ε₀ = Permittivité de l’espace libre (= 8,85 × 10^-12 C² / Nm²)
• a = Rayon du conducteur intérieur
• b = Rayon du conducteur extérieur

Inductances

Il s’agit d’un inducteur.

Une inductance est un composant électrique qui résiste à la circulation des électrons ou du courant électrique qui le traverse. Cette propriété d’inductance, dans ces dispositifs, est causée par la force électromotrice, créée par le champ magnétique qui y est induit. L’unité d’inductance est le Henry. Voici quelques formules importantes associées aux inducteurs.

Énergie stockée dans l’inducteur (E_stockée) = 1/2 (LI²).

Où, L est l’inductance et I est le courant qui traverse l’inducteur.

Inductance d’une bobine cylindrique à noyau d’air (L) = (m₀KN²A / l)

Où.

• L est l’inductance mesurée en Henries
• N est le nombre de spires de la bobine
• A est la surface de la section transversale de la bobine
• m₀ est la perméabilité de l’espace libre (= 4π × 10^-7 H/m)
• K est le coefficient de Nagaoka
• l est la longueur de la bobine

Inductances dans un réseau en série.

Pour les inducteurs, L₁, L₂…L_n connectés en série,.

L_eq = L₁ + L₂…+ L_n (L est l’inductance).

Inductances dans un réseau parallèle.

Pour des inductances, L₁, L₂…L_n connectées en parallèle,.

1 / L_eq = 1 / L₁ + 1 / L₂…+ 1 / L_n.

Formules de la thermodynamique

La thermodynamique est un vaste domaine proposant une analyse du comportement de la matière en vrac. C’est un domaine axé sur l’étude de la matière et de l’énergie dans toutes leurs manifestations. Voici quelques-unes des formules les plus importantes associées à la thermodynamique classique et à la physique statistique.

Première loi de la thermodynamique

dU = dQ + dW.

où, dU est la variation de l’énergie interne, dQ est la chaleur absorbée par le système et dW est le travail effectué sur le système.

Potentiels thermodynamiques

Tous les phénomènes thermodynamiques peuvent être compris en termes de variations de cinq potentiels thermodynamiques sous diverses contraintes physiques. Ce sont l’énergie interne (U), l’enthalpie (H), l’énergie libre de Helmholtz (F), l’énergie libre de Gibbs (G), le potentiel de Landau ou grand potentiel (Φ). Chacune de ces quantités scalaires représente la potentialité d’un système thermodynamique à effectuer des travaux de diverses natures sous différents types de contraintes sur ses paramètres physiques.

Équations des gaz parfaits

Un gaz idéal est la conception du physicien d’un gaz parfait composé de particules non interagissantes, plus faciles à analyser, par rapport aux gaz réels, beaucoup plus complexes, constitués de particules en interaction. Les équations et les lois d’un gaz idéal qui en résultent sont conformes à la nature des gaz réels dans certaines conditions, même si elles ne permettent pas de faire des prédictions exactes en raison de l’interactivité des molécules, qui n’est pas prise en compte. Voici quelques-unes des formules et équations de physique les plus importantes, associées aux gaz idéaux. Commençons par les lois premières des gaz idéaux et l’équation d’état d’un gaz idéal.

Théorie cinétique des gaz

Sur la base des hypothèses primaires selon lesquelles le volume des atomes ou des molécules est négligeable, comparé au volume du récipient et les forces d’attraction entre les molécules sont négligeables, la théorie cinétique décrit les propriétés des gaz idéaux. Voici les formules de physique les plus importantes liées à la théorie cinétique des gaz monatomiques.

Pression (P) = 1/3 (Nm v²)

Ici, P est la pression, N est le nombre de molécules et v² est la vitesse moyenne au carré des particules.

Énergie interne (U) = 3/2 (NkT)

Capacités calorifiques

Capacité calorifique à pression constante (C_p) = 5/2 Nk = C _{Cv + Nk.}

Capacité calorifique à volume constant (C_v) = 3/2 Nk.

Rapport des capacités thermiques (γ) = C_p / C_v = 5/3.

Mécanique relativiste

Voici quelques-unes des formules les plus importantes de la mécanique relativiste. Le passage de la mécanique classique à la mécanique relativiste ne se fait pas du tout en douceur, car elle fusionne l’espace et le temps en un seul en supprimant l’idée newtonienne de temps absolu. Si vous savez ce qu’est la théorie spéciale de la relativité d’Einstein, alors les formules suivantes auront un sens pour vous.

Transformations de Lorentz

Les transformations de Lorentz peuvent être perçues comme des rotations dans un espace à quatre dimensions. Tout comme les rotations dans l’espace 3D mélangent les coordonnées spatiales, une transformation de Lorentz mélange les coordonnées temporelles et spatiales. Considérons deux cadres de référence tridimensionnels S(x,y,z) et S'(x’,y’,z’) coïncidant l’un avec l’autre.

Présentons maintenant que le cadre S » commence à se déplacer avec une vitesse constante v par rapport au cadre S. En mécanique relativiste, le temps est relatif ! Ainsi, la coordonnée temporelle du cadre S » sera t » tandis que celle du cadre S sera t.

Les transformations de coordonnées entre les deux cadres sont appelées transformations de Lorentz et sont données comme suit :.

Transformations de Lorentz de l’espace et du temps.

x = γ (x » + vt’) et x » = γ (x – vt).

y = y ».

z= z »

t = γ(t » + vx’/c ² ) et t » = γ(t – vx/c ² )

Transformations de vitesse relativistes

Dans les deux mêmes cadres S et S’, les transformations des composantes de la vitesse seront les suivantes (Ici (U _x, U _y, U _z ) et (U _x « , U _y « , U _z « ) sont les composantes de vitesse dans les cadres S et S » respectivement) :

U _x = (U _x  » + v) / (1 + U _x « v / c ² ).

U _y = (U _y « ) / γ(1 + U _x « v / c ² ).

U _z = (U _z « ) / γ(1 + U _x « v / c ² ) et

U _x  » = (U _x – v) / (1 – U _x v / c ² ).

U _y  » = (U _y ) / γ(1 – U _x v / c ² ).

U _z  » = (U _z ) / γ(1 – U _x v / c ² ).

Transformations du momentum et de l’énergie en mécanique relativiste

Considérons les mêmes deux cadres (S, S’) que dans le cas des transformations de coordonnées de Lorentz ci-dessus. S » se déplace à une vitesse « v » le long de l’axe des x. Ici encore, γ est le facteur de Lorentz. Dans le cadre S (P _x, P _y, P _z ) et dans le cadre S » (P « , P _y « , P _z « ) sont les composantes de la quantité de mouvement. Nous considérons maintenant les formules de transformations de quantité de mouvement et d’énergie pour une particule, entre ces deux référentiels en régime relativiste.

Transformations de quantité de mouvement et transformations d’énergie à composantes sages

P _x = γ(P _x  » + vE » / c ² ).

P _y = P _y  »

P _z = P _z  »

E = γ(E » + vP _x ) </span

et.

P _x  » = γ(P _x – vE » / c ² ).

P _y  » = P _y

P _z  » = P _z

E » = γ(E – vP _x )</span.

Formules physiques des grandeurs de la dynamique relativiste

Toutes les grandeurs connues en mécanique classique se modifient, quand on passe à la mécanique relativiste qui est basée sur la théorie spéciale de la relativité. Voici les formules des grandeurs dans la dynamique relativiste.

Momentum relativiste p = γm ₀ v.

où m ₀ est la masse au repos de la particule

Énergie de la masse au repos E = m ₀ c ².

Énergie totale (relativiste) E = √(p ² c ² + m ₀² c ⁴ )).

Optique

La loi de Snell

• où i est l’angle d’incidence
• r est l’angle de réfraction
• n₁ est l’indice de réfraction du milieu 1
• n₂ est l’indice de réfraction du milieu 2
• v₁, v₂ sont les vitesses de la lumière dans le milieu 1 et le milieu 2 respectivemen

Formule de la lentille de Gauss : 1/u + 1/v = 1/f
où.

• u – distance de l’objet
• v – distance de l’image
• f – longueur focale de l’objectif

Équation du fabricant de lentilles

La propriété la plus fondamentale de toute lentille optique est sa capacité à faire converger ou diverger les rayons lumineux, ce qui est mesuré par sa distance focale. Voici la formule du fabricant de lentilles, qui peut vous aider à calculer la distance focale d’une lentille, à partir de ses paramètres physiques.

1 / f = n-1(1 / R₁) – (1 / R₂) + (n-1) d / nR₁R₂).

Dans ce cas,.

• n est l’indice de réfraction du matériau de la lentille
• R₁ est le rayon de courbure de la surface de la lentille, face à la source lumineuse
• R₂ est le rayon de courbure de la surface de la lentille, tournée à l’opposé de la source de lumière
• d est l’épaisseur de la lentille

Si la lentille est très mince, par rapport aux distances – R ₁ et R ₂, la formule ci-dessus peut être approximée à :

(Approximation de la lentille mince) 1 / f ≈ (n-1) 1 / R₁– 1 / R₂.

Lentilles composées

La distance focale combinée (f) de deux lentilles minces, de longueur focale f ₁ et f ₂, en contact l’une avec l’autre :

1 / f = 1 / f₁ + 1 / f₂.

Si les deux lentilles minces sont séparées par une distance d, leur distance focale combinée est fournie par la formule :.

1 / f = 1 / f₁ + 1 / f₂ – (d / f₁ – f₂) ).

Formules des anneaux de Newton

Voici les formules importantes pour l’expérience des anneaux de Newton qui illustre la diffraction.

n ^e Formule de l’anneau noir : r ²_n = nRλ.

n ^e Formule de l’anneau brillant : r ²_n = (n + ½) Rλ

où.

• n^e rayon de l’anneau
• Radius de courbure de la lentille
• Longueur d’onde de l’onde lumineuse incidente

Physique quantique

Principe d’incertitude

C’est ainsi que se termine ma revue de quelques-unes des formules importantes de la physique. Cette liste, n’est que représentative et est loin d’être complète. La physique est la base de toutes les sciences et son domaine s’étend donc sur toutes les sciences. Chaque branche de la théorie physique regorge d’innombrables formules. Si vous vous contentez d’assimiler toutes ces formules, vous réussirez peut-être vos examens, mais vous ne ferez pas de la vraie physique. Si vous saisissez la théorie sous-jacente à ces formules, la physique sera simplifiée. Pour voir la physique à travers les formules et les lois, vous devez être bon en maths. Il est impossible de s’y soustraire. Les mathématiques sont le langage de la nature !.

Plus nous découvrons de choses sur la nature, plus nous avons besoin de mots pour les décrire. Cela a conduit à une jargonisation croissante de la science avec des domaines et des sous-domaines qui se génèrent. Vous pourriez vous référer à un glossaire de termes scientifiques et à des définitions scientifiques pour tout jargon qui dépasse votre compréhension.

Si vous voulez vraiment comprendre ce que signifie être un physicien et avoir un aperçu de la vision des choses du physicien, lisez  » Feynman Lectures on Physics « , dont la lecture est fortement recommandée, pour toute personne qui aime la physique. Ce livre a été écrit par l’un des plus grands physiciens de tous les temps, le professeur Richard Feynman. Lisez et apprenez du maître. Résolvez autant de problèmes que vous le pouvez, par vous-même, pour bien maîtriser le sujet