Physique-chimie lycée : énergie, pH, concentration molaire

Huit formules incontournables du secondaire réunies en un seul outil : énergie, pH, Archimède, travail d'une force, pression, concentration molaire et dilution — chacune avec un exemple pré-rempli et sa formule affichée à côté du résultat.

Comment l'utiliser ?

Choisissez le calcul souhaité parmi les huit proposés.
Renseignez les valeurs demandées (masse, vitesse, hauteur, pH, masse volumique, force, angle, masse molaire…).
Lisez le résultat et la formule utilisée, affichée sous le résultat pour vérifier votre propre calcul.

Les formules

Grandeur	Formule	Unité
Énergie cinétique	1/2 × m × v²	joules (J)
Énergie potentielle	m × g × h	joules (J)
pH	−log10([H+])	sans unité (échelle 0-14)
Poussée d'Archimède	ρ × V × g	newtons (N)
Travail d'une force	F × d × cos(θ)	joules (J)
Pression hydrostatique	ρ × g × h	pascals (Pa)
Concentration molaire	n ÷ V, avec n = m ÷ M	mol/L
Dilution	C1 × V1 = C2 × V2	volume à prélever

Exemple détaillé : préparer une solution de chlorure de sodium

Vous dissolvez 58,5 g de chlorure de sodium (NaCl, masse molaire M = 58,5 g/mol) dans de l'eau pour obtenir 1 L de solution. La quantité de matière est n = m ÷ M = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol. La concentration molaire est alors C = n ÷ V = 1 ÷ 1 = 1 mol/L : c'est la définition même d'une solution « molaire » pour ce soluté.

Exemple détaillé : diluer une solution mère

Vous disposez d'une solution mère à C1 = 1 mol/L et souhaitez préparer V2 = 500 mL d'une solution diluée à C2 = 0,1 mol/L. D'après C1 × V1 = C2 × V2, le volume à prélever est V1 = C2 × V2 ÷ C1 = 0,1 × 500 ÷ 1 = 50 mL de solution mère, complétés avec 450 mL d'eau distillée pour atteindre 500 mL au total.

Cas d'usage

Exercices de physique-chimie, niveau collège, lycée et premières années d'université.
Comprendre l'énergie d'un choc (accident, chute d'objet) grâce à l'énergie cinétique.
Interpréter une mesure de pH en chimie ou en biologie (sol, eau, solution, piscine).
Comprendre pourquoi un objet flotte ou coule avec la poussée d'Archimède.
Calculer la pression subie en plongée à une profondeur donnée.
Préparer une solution de concentration donnée en travaux pratiques (chimie des solutions, dilution).

Erreurs fréquentes

Oublier le facteur 1/2 dans la formule d'énergie cinétique.
Confondre g = 9,81 m/s² (Terre) avec d'autres valeurs : sur la Lune, g ≈ 1,62 m/s² — le champ est modifiable.
Croire que le pH est linéaire : c'est une échelle logarithmique — un pH de 4 est 10 fois plus acide (concentration en H+) qu'un pH de 5.
Oublier cos(θ) dans le travail d'une force : une force perpendiculaire au déplacement ne travaille pas, même si elle est intense.
Confondre concentration molaire et concentration massique : la première compte des moles (mol/L), la seconde des grammes (g/L) — les deux ne coïncident que si l'on tient compte de la masse molaire.
Ajouter le volume d'eau au lieu de compléter jusqu'à V2 : dans un ballon jaugé, on ajoute le solvant jusqu'au trait de jauge — le volume d'eau exact peut légèrement différer de V2 − V1 selon la contraction du mélange, mais l'approximation suffit dans la grande majorité des cas.

Compatibilité

Fonctionne sur mobile, tablette et ordinateur, sans inscription, tous les calculs s'exécutant localement dans votre navigateur. Pour calculer une masse molaire à partir d'une formule chimique, voyez la calculatrice de masse molaire.

Questions fréquentes

Comment calculer l'énergie cinétique ?

Ec = 1/2 × m × v², où m est la masse en kg et v la vitesse en m/s. Le résultat est en joules (J).

Comment calculer l'énergie potentielle de pesanteur ?

Ep = m × g × h, où m est la masse en kg, g l'accélération de la pesanteur (9,81 m/s² sur Terre) et h la hauteur en mètres. Le résultat est en joules (J).

Comment calculer le pH à partir de la concentration en H+ ?

pH = −log10([H+]), où [H+] est la concentration en ions oxonium en mol/L. Exemple : l'eau pure a une concentration de 10⁻⁷ mol/L, soit un pH de 7 (neutre).

Comment interpréter une valeur de pH ?

Un pH inférieur à 7 indique une solution acide, un pH supérieur à 7 une solution basique, et un pH égal à 7 une solution neutre (comme l'eau pure à 25 °C).

Comment calculer la poussée d'Archimède ?

Pa = ρ × V × g, où ρ est la masse volumique du fluide (kg/m³), V le volume immergé (m³) et g l'accélération de la pesanteur. C'est la force qui explique pourquoi un objet flotte ou coule : si elle dépasse le poids de l'objet, il flotte.

Comment calculer le travail d'une force ?

W = F × d × cos(θ), où F est l'intensité de la force en newtons, d la distance parcourue en mètres et θ l'angle entre la force et le déplacement. Le travail est nul si la force est perpendiculaire au déplacement (θ = 90°).

Comment calculer la pression hydrostatique ?

P = ρ × g × h, où ρ est la masse volumique du fluide, g l'accélération de la pesanteur et h la profondeur. C'est la pression exercée par un fluide au repos à une profondeur donnée, indépendante de la forme du récipient.

Comment calculer une concentration molaire ?

C = n ÷ V, avec n (la quantité de matière, en moles) obtenue par n = m ÷ M, où m est la masse dissoute (g), M la masse molaire de l'espèce (g/mol) et V le volume de la solution (L). Le résultat s'exprime en mol/L.

Quelle est la différence entre concentration molaire et concentration massique ?

La concentration molaire (mol/L) compte le nombre de particules dissoutes, tandis que la concentration massique (g/L) ne compte que la masse. Deux solutés de masses molaires différentes à la même concentration massique ont des concentrations molaires différentes.

Comment calculer une dilution ?

C1 × V1 = C2 × V2, où C1 et V1 sont la concentration et le volume de la solution mère prélevée, et C2 et V2 la concentration et le volume de la solution diluée obtenue. On en déduit V1 = C2 × V2 ÷ C1, le volume à prélever ; le complément jusqu'à V2 est le volume d'eau (ou de solvant) à ajouter.

Calculatrice de physique-chimie (lycée)