Py4Phys

Projet pour rassembler l'ensemble des programmes Python qui peuvent être utiles pour illustrer le cours de physique de CPGE.

Organisation

• Le fichier py4phys.pdf rassemble les codes et les graphiques qui en sont issus.
• Le répertoire lib/ rassemble les fichiers .py prêts à être utilisés.
• Vous trouverez aussi quelques animations sur la page http://pcsi.kleber.free.fr/IPT/py4phys.html

Roadmap

Pour le moment, j'essaie de rassembler toutes les idées concernant le cours de physique de PCSI, plus quelques illustrations annexes que j'ai toujours voulu mettre en oeuvre (comme l'exploration des zones chaotiques de la rotation d'Hypérion autour de Saturne).

Description succincte des fichiers

Bloc Induction

• I1_lignes_champ_magnetique.py: Code écrit par Sylvain Condamin (adapté d'un code de Thierry Pré) pour simuler les lignes de champ magnétique autour de divers objets (fil infini, dipôle magnétique ou spire)

Bloc Mécanique

• M4_oscillateur_de_landau_portrait_de_phase.py: Portrait de phase pour un oscillateur de Landau
• M4_pendule_simple_portrait_de_phase.py: fabrication du portrait de phase d'un pendule simple.
• M_hyperion.py: Étude d'une section de Poincaré pour la rotation propre d'Hypérion (satellite de Saturne) qui mette en avant le caractère chaotique d'une telle rotation (cf Ian Stewart, "Dieu joue-t-il aux dés" pour une introduction à cette problématique).
• M_papillon_de_lorentz.py: Illustration du concept d'attracteur étrange à l'aide du papillon de Lorenz (cf encore Ian Stewart dans le même livre)
• portrait_de_phase.py: Module générique pour produire un portrait de phase

Bloc Signal

• S01_oscillateur_harmonique_energie.py: Illustration de la conservation de l'énergie pour un oscillateur harmonique.
• S01_oscillateur_harmonique_periode.py: Illustration de l'isochronisme des oscillations pour un oscillateur harmonique.
• S02_onde_progressive.py: Illustration de la notion d'onde progressive
• S02_onde_progressive_animation_superposition.py: Petite animation sur l'exemple précédent en superposant plusieurs ondes se déplaçant à diverses vitesses.
• S03_battements.py: Illustration de la notion de battements lors de la superposition de deux ondes de fréquences voisines.
• S03_diffraction.py: Diffraction (2D) d'une onde plane après passage d'une ouverture plane. On peut jouer sur l'angle d'incidence sur l'ouverture.
• S03_fresnel.py: Fabrication d'énoncés et de corrigés pour entraîner les élèves sur les constructions de Fresnel.
• S03_interferences.py: Animation montrant la mise en place d'interférences lors de la superposition des signaux en provenance de deux points sources.
• S04_arc_en_ciel_turtle.py: Programme 'turtle' écrit par Tom Morel pour expliquer la réfraction à l'intérieur d'une goutte d'eau.
• S05_distortion_chromatique.py: Programme 'turtle' écrit par Tom Morel pour mettre en avant la dépendance de la distance focale avec la couleur des rayons incidents
• S05_gauss_4P.py: Programme 'turtle' écrit par Tom Morel pour illustrer la règle des "4P" (Plus Plat, Plus Près)
• S05_lentilles_construction_graphique.py (non encore fait): Illustration des construction graphique pour les lentilles
• S06_paquet_d_ondes_MQ.py: Programme écrit par Miriam Heckmann pour simuler un paquet d'ondes en mécanique quantique
• S11_filtre_bizarre.py: Dessine le diagramme de Bode d'un filtre du type (A+jw/w1)/(1+jw/w2)
• S11_filtre_derivateur.py: Diagramme de Bode pour deux filtres où il faut déterminer la zone qui se comporte comme un dérivateur
• S11_filtre_diagrammes_en_amplitudes.py: Diagrammes de Bode en amplitude pour détermination graphique de w0 et Q.
• S11_filtre_integrateur.py: Diagramme de Bode pour deux filtres où il faut déterminer la zone qui se comporte comme un intégrateur
• S11_filtres_second_ordre.py: Exemples de génération de diagramme de Bode pour des filtre du second ordre en utilisant le module 'bode.py'
• bode.py: Module de génération de diagrammes de Bode.

Bloc Thermodynamique

• T1_balles_rebondissantes_en_boite.py: Simulation des billes à 2D coincées dans une boite et soumises à la gravité ainsi qu'aux chocs pour montrer la loi de répartition de Boltzmann de la densité de balles en fonction de l'altitude.
• T1_particules_en_boite_libre.py: Simulation d'un gaz parfaits avec chocs pour appréhender les notions de libre parcours moyen et de marche aléatoire.
• T1_particules_en_boite_mouvement_brownien.py (non encore fait): Comme la simulation précédente mais en rajoutant une "grosse" particule au milieu qui serait, sur certains intervalles de temps, la seule visible pour appréhender la notion de mouvement Brownien découvert en observant des grains de pollens dans une solution aqueuse.
• T2_diagramme_PT_coolprop.py: génération d'un diagramme PT pour un fluide donné à partir du module CoolProp
• T2_diagramme_Pv_coolprop.py: génération d'un diagramme Pv pour un fluide donné à partir du module CoolProp
• T2_reseau_d_isothermes_coolprop.py: génération d'un réseau d'isothermes d'Andrews pour montrer comment on peut déterminer "à la main" la courbe de saturation dans un diagramme (P,v)
• T5_isentropique_GP_vs_gaz_reel_coolprop.py (non encore fait): Comparaison des isentropiques prédites par le modèle du gaz parfait à celles données par le module CoolProp.
• T6_cycle_de_carnot_reel_et_GP.py: Comparaison des prédictions d'un modèle de gaz parfait à celle du module CoolProp pour un cycle de Carnot (deux isentropiques et deux isothermes).
• T6_diagramme_Ph_coolprop.py: génération d'un diagramme enthalpique complet à l'aide du module CoolProp.
• T6_diagramme_Ts_coolprop.py: génération d'un diagramme entropique complet à l'aide du module CoolProp.
• T6_resolution_cycle_diesel.py: résolution d'un exercice classique sur un cycle Diesel à double combustion à l'aide du module CoolProp et de manière théorique avec le modèle du gaz parfait.

TODO

Bloc Induction

• I2_champ_tournant_diphase.py (non encore écrit): Fabrique une petite animation pour illustrer la notion de champ tournant à partir de deux bobines en quadrature de phase.
• I2_champ_tournant_triphase.py (non encore écrit): Comme le précédent, mais en triphasé.
• I4_couplage_de_deux_circuits.py: résolution numérique d'un couplage de circuits oscillants pour illustrer notamment la notion de battements en cas de couplage faible.

Bloc Mécanique

• M2_trainee.py (non encore fait): illustration de l'influence de la traînée sur un tir d'obus.
• M2_trainee_portrait_de_phase.py (non encore fait): pareil via un portrait de phase.
• M4_oscillateur_de_landau_effets_non_lineaires.py (non encore fait): Non isochronisme des oscillations dans le cas d'un oscillateur de Landau.
• M4_pendule_simple_non_isochronisme.py (non encore fait): Non isochronisme des oscillations pour un pendule simple.
• M4_pendule_simple_oscillations_amorties.py (non encore fait): Oscillations amorties dans le cadre du pendule simple.
• M5_mouvement_dans_champ_E_et_B.py (non encore fait): calcul de la trajectoire d'une particule chargée soumise à la fois à un champ E et un champ B.
• M5_mouvement_helicoidal.py (non encore fait): Trajectoire d'une particule chargée soumise uniquement à un champ magnétique.
• M_pendule_double.py (non encore fait): Illustration de la dépendance aux conditions initiales pour les mouvements chaotiques sur l'exemple du pendule double rigide.

Bloc Signal

• S03_ondes_stationnaires.py (non encore fait): Illustration de la notion d'onde stationnaire lors de la superposition d'ondes progressives de sens opposés
• S04_lois_de_descartes.py (non encore fait): Illustration de la loi de Descartes via une animation de réfraction pour de multiples incidences.
• S07_elec_resolution_pivot_de_gauss.py (non encore fait): Résolution d'un système électrique linéaire sans dérivées temporelles à l'aide d'un pivot de Gauss
• S08_circuit_premier_ordre_complexe.py (non encore fait): Résolution d'un système électrique complexe en se contentant d'écrire les lois des mailles, des noeuds et relations électriques de chaque dipôle.
• S08_circuit_premier_ordre_simple.py (non encore fait): Résolution d'un
  système électrique simple en se contentant d'écrire les lois des mailles,
  des noeuds et relations électriques de chaque dipôle.
• S09_oscillateur_amorti_libre.py (non encore fait):
• S10_oscillateur_amorti_force.py (non encore fait):

Bloc Thermodynamique

• T1_particules_en_boite_mouvement_brownien.py (non encore fait): Comme la simulation précédente mais en rajoutant une "grosse" particule au milieu qui serait, sur certains intervalles de temps, la seule visible pour appréhender la notion de mouvement Brownien découvert en observant des grains de pollens dans une solution aqueuse.
• T5_isentropique_GP_vs_gaz_reel_coolprop.py (non encore fait): Comparaison des isentropiques prédites par le modèle du gaz parfait à celles données par le module CoolProp.

Divers

• Regarder le potentiel de "latexification" des figures et écrire un module dédié.