Un ion est un atome ou une molécule qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il porte donc une charge électrique.

Le gain d'un ou plusieurs électrons donne un ion négatif : un anion.

La perte d'un ou plusieurs électrons donne un ion positif : un cation.

La présence d'ions peut être établie par des tests. Un précipité apparait lorsque le test est positif : sa couleur permet d'identifier l'ion.

Un solide ionique est un assemblage régulier d'anions et de cations.

Une solution ionique est une solution de cations et d'anions, le plus souvent aqueuse. Sa formule s'écrit entre parenthèses avec les formules des ions qu'elle contient.

Les proportions en anions et en cations rendent les solides et solutions ioniques électriquement neutres.

Le pH varie entre 0 et 14 et se mesure avec un pH-mètre ou du papier pH. Il vaut 7 quand il y a autant d'ions H⁺ que d'ions HO⁻.

La dilution est une transformation physique. Elle consiste à augmenter la quantité de solvant présent dans une solution ; les espèces chimiques dissoutes restent inchangées.

Au cours d'une dilution, le pH d'une solution évolue et se rapproche de 7 : la solution devient moins corrosive.

Mélanger des solutions diluées d'acide chlorhydrique (H⁺ + Cl⁻) et de soude (Na⁺ + HO⁻) donne une solution dont le pH est plus proche de 7 que celui des solutions de départ.

Les ions hydrogène de l'une et hydroxyde de l'autre sont consommés : ils se combinent pour former une molécule d'eau.

Les espèces chimiques qui ne participent pas à la transformation sont appelées « spectatrices ».

Le contact entre l'acide chlorhydrique et le fer déclenche une transformation chimique : la température augmente et deux nouveaux corps apparaissent, le dihydrogène gazeux H₂ et l'ion ferreux Fe²⁺.

D'autres métaux, comme le zinc, peuvent aussi réagir avec les acides.

Dans de nombreux cas, les solutions acides dégradent les métaux.

La grande majorité des atomes connus appartiennent à un même groupe : celui des métaux. On trouve peu de métaux purs dans la nature, alors que les minerais sont très répandus.

La masse volumique est une propriété caractéristique d'un corps. Elle correspond à sa masse m divisée par son volume V.

L'unité du Système International est le kilogramme par mètre cube (kg/m³). On l'exprime aussi en kg/L, en g/mL ou en g/cm³.

Dans les conditions usuelles, l'eau a une masse volumique de 1000 kg/m³.

Un corps flotte sur un liquide si sa masse volumique est plus petite que celle du liquide ; il coule sinon.

Pour un solide de forme quelconque, on mesure le volume par déplacement d'eau dans une éprouvette graduée.

Si les atomes ajoutés ont une taille équivalente à ceux du métal principal, l'alliage est formé par substitution de ces atomes à certains atomes du métal.

Si les atomes ajoutés ont une taille plus petite que ceux du métal principal, l'alliage est formé par insertion des plus petits atomes entre ceux du métal.

Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles. Ses propriétés dépendent de l'assemblage des matériaux qui le constituent.

En mécanique, un système dont on étudie le mouvement est appelé un mobile.

L'objet par rapport auquel on repère la position d'un mobile est appelé un référentiel. Dans une description exacte du mouvement, le référentiel d'étude est précisé.

Si la trajectoire d'un mobile est une droite, alors son mouvement est rectiligne dans ce référentiel.

Si la trajectoire d'un mobile est un cercle, alors son mouvement est circulaire dans ce référentiel.

Si la valeur de la vitesse d'un mobile est constante, alors le mouvement est un mouvement uniforme dans ce référentiel.

Lors d'un mouvement uniforme, la chronophotographie présente des positions successives toujours espacées de la même distance. Lors d'un mouvement non uniforme, les distances sont différentes.

Lors d'un mouvement uniforme, la distance parcourue par un mobile en une durée donnée est proportionnelle à la valeur de la vitesse.

Dans un référentiel donné, la vitesse moyenne v d'un mobile est liée à la distance totale d parcourue et à la durée totale t du mouvement.

Lorsque deux objets A et B sont en interaction, il existe deux actions mécaniques : A agit sur B et B agit sur A.

Une force possède un point d'application, une direction qui définit la droite d'action, un sens et une valeur (aussi appelée intensité). Le point d'application est l'endroit où l'action s'exerce : pour une action de contact, c'est le point de contact.

Une action de contact s'applique là où les deux objets se touchent : le crochet, la corde, la main, le sol. Une action à distance, comme le poids, s'exerce sur toute la matière du corps : on la place alors, et alors seulement, au centre de gravité.

On note F_A/B la force exercée par l'objet A sur l'objet B. Il peut être utile de modéliser le système étudié par un point.

L'intensité d'une force se mesure en newtons (N) à l'aide d'un dynamomètre.

Lorsqu'on exerce une force sur un ressort, il s'étire ou se comprime plus ou moins selon sa raideur et l'intensité de la force. On crée alors une échelle propre à chaque ressort.

Les forces sont représentées par des flèches qui commencent au point d'application, suivent la droite d'action dans le sens de la force, et dont la longueur est proportionnelle à sa valeur.

Un système est à l'équilibre lorsque les forces qu'il subit se compensent. S'il n'est soumis qu'à deux forces, celles-ci ont la même droite d'action, des sens inverses et des intensités égales.

Sur un même schéma, on utilise la même échelle pour toutes les forces. Certaines forces, bien moins intenses que les autres, peuvent parfois être négligées.

Un système abandonné sans vitesse initiale et sans support a un mouvement rectiligne vertical et dirigé vers le centre de la Terre. La valeur de sa vitesse augmente à chaque instant.

La force d'attraction que la Terre exerce sur les objets à sa surface est appelée le poids.

Le poids s'exerce verticalement vers le bas et son point d'application est fictif, car c'est une force répartie sur tout l'objet.

Le poids est une force. Son intensité P se mesure avec un dynamomètre, comme toute force.

Le poids et la masse d'un objet sont deux grandeurs proportionnelles : P = m × g, avec P en newtons (N), m en kilogrammes (kg) et g en N/kg.

Isaac Newton a compris au XVII^e siècle qu'il existait toujours une interaction attractive entre deux objets, du fait de leur masse.

La force de gravitation est universelle : on la retrouve en tout lieu et à toute époque de l'Univers.

À la surface d'un astre, le poids d'un système est proportionnel à sa masse. Le coefficient de proportionnalité dépend de l'astre : c'est l'intensité de pesanteur g.

L'énergie qu'un système possède du fait de son mouvement s'appelle l'énergie cinétique.

L'énergie cinétique E_c (en J) d'un système de masse m (en kg) se déplaçant à la vitesse v (en m/s) est donnée par la relation ci-contre.

L'énergie cinétique est proportionnelle à la masse du système ainsi qu'au carré de sa vitesse. Doubler la vitesse fait donc quadrupler l'énergie cinétique.

L'énergie de position d'un système est liée à son altitude.

Un système en chute libre perd de l'altitude et gagne de la vitesse. L'énergie de position du système est ainsi convertie en énergie cinétique.

L'altitude et la vitesse d'un système permettent de lui associer une « énergie mécanique », somme de son énergie de position et de son énergie cinétique.

On observe que seules les évolutions qui ne font pas changer l'énergie totale sont possibles : on appelle cela la conservation de l'énergie.

Un convertisseur d'énergie transforme l'énergie d'une source en une autre forme, utilisable ailleurs.

Au cours de la plupart des transferts, l'environnement reçoit un transfert d'énergie thermique : une partie de l'énergie de la source est convertie sous une forme inutilisable.

En physique, « produire » ou « consommer » de l'énergie n'a pas de sens. L'énergie est soit transférée, soit convertie, soit stockée.

Un conducteur ohmique (résistor) s'oppose plus ou moins au passage du courant : c'est sa résistance, notée R.

Plus la résistance est grande, plus elle limite l'intensité du courant pour une même tension.

Pour un conducteur ohmique, la tension U à ses bornes est proportionnelle à l'intensité I qui le traverse.

À partir de U = R × I, on retrouve les deux autres grandeurs.

La caractéristique U = f(I) d'un conducteur ohmique est une droite passant par l'origine.

Le passage du courant dans une résistance produit un dégagement de chaleur : c'est l'effet Joule.

Un appareil qui convertit une énergie E en une durée t possède une puissance P = E / t.

L'unité de la puissance est le watt (W), qui est équivalent à un joule par seconde (J/s).

La puissance P d'un appareil électrique est proportionnelle à l'intensité I du courant qui le traverse et à la tension U entre ses bornes.

Les appareils d'une installation électrique domestique sont associés en dérivation. Plus on en utilise, plus l'intensité du courant qui parcourt l'installation est importante.

Dans une installation électrique, une surintensité provoque une surchauffe par effet Joule, ce qui peut entrainer un incendie.

Les disjoncteurs divisionnaires et les fusibles protègent localement l'installation contre une surintensité.

Le disjoncteur de branchement limite la puissance utilisée par l'abonné à la valeur souscrite lors de l'abonnement.

En plus des unités du Système International, il est parfois pratique d'utiliser le kilowattheure (kWh) pour l'énergie. P est alors exprimée en kilowatts (kW) et t en heures (h).

Parler de « consommation d'énergie des appareils électriques » est un abus de langage : en fonctionnant, ils convertissent l'énergie reçue en une ou plusieurs autres formes, dont une au moins est utile.

Le son est une vibration mécanique : un va-et-vient rapide des particules qui composent la matière. Dans le vide, le son ne peut ni exister ni être transmis.

On caractérise un son par sa fréquence, en hertz (de symbole Hz).

L'oreille humaine perçoit les sons de fréquence comprise entre 20 et 20 000 Hz. Les sons situés en deçà et au-delà de ces limites se nomment les infrasons et les ultrasons.

L'œil est un récepteur de lumière visible. Il existe aussi de la lumière infrarouge et ultraviolette que nos yeux ne détectent pas.

Comme le son, la lumière, qu'elle soit visible ou non, est créée par une source et se propage en ligne droite à travers certains matériaux.

La lumière et les ondes électromagnétiques (comprenant les ondes radio, aussi appelées ondes hertziennes) sont de même nature. Elles sont produites par un émetteur et détectées par un récepteur.

Le son se propage à environ 340 m/s dans l'air et 1500 m/s dans l'eau. Les ondes électromagnétiques se propagent à 300 000 000 m/s dans le vide.

Tout signal sonore, lumineux ou radio permet le transport d'informations entre un émetteur et un récepteur.

Un signal émis librement dans l'air ou le vide peut être capté par toute personne munie d'un capteur adapté à ce signal.