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Physique 1997 Concours FESIC

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Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Physique 1997. Retrouvez le corrigé Physique 1997 sur Bankexam.fr.

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Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°1 Un solide de masse m glisse sur un plan incliné dun angle  au dessus de lhorizontale. Sa trajectoire est dirigée suivant la ligne de plus grande pente. Au passage au point A, sa vitesse V A est égale à 2,00 m.s  1 . Au passage au point B, sa vitesse V B est égale à 2,83 m.s  1 . Il existe un frottement solide, la force de frottement a une valeur constante. Données : m = 200 g ; AB = 50 cm ;  = 30° ; g = 10 m. s  2 cos 30° = 0,87 ; sin 30° = 0,5 ; 2,83 2 ≈ 8. a) La direction du vecteur accélération du solide est verticale. b) La valeur de laccélération du solide est égale à 1 m. s  2 . c) La valeur de la force de frottement est égale à 0,2 N. d) Du fait de la force de frottement, le solide finira par sarrêter. EXERCICE N°2 Un véhicule, de masse m = 1,25 tonne, lancé à la vitesse v = 25 m/s (soit 90 km/h) parcourt avant de simmobiliser une distance qui est fonction du coefficient dadhérence k des roues sur le revêtement routier. Ce coefficient dadhérence est défini par : k  avec : f force de freinage maximale P poids du véhicule. Sur route sèche : k 1  0,6 . Sur route mouillée : 2  0,2. Le temps de réflexe du conducteur est de 0,5 s. ées :  10 m.s  2 25  25  625625 ≈ 52 Donn g 12 A. Le conducteur utilise la force de freinage maximale. a) En tenant compte du temps de réflexe du conducteur, la distance maximale parcourue par la voiture sur route sèche avant de simmobiliser est de lordre de 65 m. b) Sur route mouillée, cette distance est multipliée par trois. B. On suppose que le conducteur nutilise pas la force de freinage maximale. Le véhicule sarrête après un parcours de 75 m sur route sèche.  2 c) Sur route sèche, pendant la phase de freinage, la valeur de laccélération est 2,5 m. s . d) Dans les conditions précédentes, la valeur de la force de freinage est 6250 N.

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°3 Un satellite artificiel de la terre, assimilable à un solide ponctuel, décrit une orbite circulaire dans le plan de léquateur terrestre. Le centre de la trajectoire du satellite coïncide avec le centre de la terre. Ce satellite comme la terre, tourne dest en ouest. La période de révolution du satellite est T . Données : altitude du satellite par rapport au sol h = 640 km rayon de la terre  6400 k valeur de la pesanteur au sol g 0  9,8 m.s  2 Remarque : R T + h = R T + 0,1 R T . a) Le mouvement du satellite est uniforme. b) Si laltitude du satellite était multipliée par deux, sa période de révolution serait alors  2 2/ 3 . c) La vitesse du satellite sur sa trajectoire est v  1,1 R T . g 0 d) La période T du satellite est supérieure à une heure. EXERCICE N°4 Un solide, pratiquement ponctuel, de masse m  100 g se déplace sans frottement le long de la piste ABCDE. AB est une gouttière rectiligne, inclinée dun angle  = 60° sur le plan horizontal. Laltitude du point A, sur laxe vertical Oz , est h  OA  0,40 . BE est une portion de cercle de rayon R = 30 cm. Au point M, langle (O  C , O  M ) est noté  . Le solide est lâché sans vitesse initiale du point A. g = 10 m.s  2 . a) Le solide atteint le point E. b) En C, la vitesse linéaire du solide est v  5,0 m. s  1 . c) Au point M, la vitesse linéaire du solide est v M  2  6 cos  . d) Au point M, la réaction de la piste est R  m cos  6 a  g  f 2 .

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°5 Un pendule, constitué par une petite bille de masse m = 100 g fixée à lextrémité dun fil de longueur   1 , oscille dans un plan vertical avec une amplitude angulaire  0 . On néglige les frottements. a) La valeur de la vitesse de la bille au passage par la position déquilibre a pour expression littérale v  2 g  cos  0 .  b) Au cours du déplacement AS, le travail de la tension du fil est lopposé du travail du  poids de la bille. c) Laccélération tangentielle au passage par la position déquilibre est a t a S f  dvdt af  0 . d) Il faut communiquer au pendule une énergie mécanique E  52mg  pour permettre à la bille, initialement située en S, datteindre la position  , le fil restant toujours tendu. EXERCICE N°6 Un dispositif expérimental est constitué dun fil inextensible de masse négligeable, de longueur  , et dun petit solide S, de masse m , fixé à lune de ses extrémités. Données : m  20 g ;  2  10 ; sin 10   0,17 ; cos 10   0,98 ; tan 10   0,18 ; g  10 m.s  2 ; 5 ≈ 2,2. Le dispositif est utilisé en pendule simple. On prend   50 c et lamplitude angulaire égale à 10° . a) La période des oscillations est voisine de 1,4 s. b) La période de ce pendule simple est indépendante de lamplitude des oscillations, car celle-ci est petite. c) La masse m ayant un mouvement circulaire, le produit v  .a  est nul (v  étant la vitesse de la  élératio ) masse m, et a son acc n . On fait tourner le dispositif dans un plan vertical à la façon dune fronde. On prend   50 c . Au point le plus bas, la vitesse du solide S est v 0 . d) Pour que la rotation ait entièrement lieu, il faut que v 0 soit au moins égale à 3,2 m. s  1 .

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°7 b P 1 et g b P , d g Soient deux pendules électrostatiques, 2 e forme identique, chargés tel que q 1  10  9 C et q 2   q 9 1 .  0 désignant la permittivité du vide, la constante 4  1  0 vaut 9  10 9 S. I. A. Dans une première expérience, on observe la disposition suivante :

le a) eLxae rfcoérec ep aérl ec b Pt 2 ro sstua g rt iq b Pu 1 e . ex g ercée par b P 1 su g r b P 2 e g st neuf fois plus intense que cel  7 b 1 . ) La valeur de la force électrostatique b P 1  g P 2 b est g égale à F  10 N B. Dans une deuxième expérience, on provoque le contact entre les deux boules de charges respectives q 1 et q 2 . On admet la conservation de la charge totale du système, et on admet que celle-ci se répartit identiquement sur les deux boules. On observe alors la nouvelle disposition des deux pendules :

c) Les deux nouvelles charges q 1  et q 2  sont positives. d) La nouvelle valeur 2 de la force dinteraction électrique est telle que F 2  94, 1 1 désignant la valeur de la force dinteraction électrique dans la première expérience.

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°8 Données : Composante horizontale du champ magnétique terrestre : B  2  10  5 T ; 37    116 ; sin 30° = 0,5 ; cos 30° = 0,87 ; tan 30° = 0,58 ;  0  4   10  7 S. I.  a)  Le champ magnétique est constant.   Le champ magnétique est uniforme. Les deux propositions précédentes sont équivalentes. On fabrique un solénoïde à spires jointives en enroulant une seule couche dun fil conducteur i solé. Le diamètre extérieur du fil (isolant compris) est égal à d . On fait circuler dans le solénoïde un courant continu dintensité I . b) Alors à lintérieur du solénoïde règne un champ magnétique dont la valeur est égale à : 4   10  7  . d Un solénoïde de 500 spires jointives, de rayon R = 2 cm, mesure 20 cm de long. En son centre est placée une petite aiguille aimantée. Laxe du solénoïde est horizontal, laiguille peut tourner dans un plan horizontal. Le solénoïde est parcouru par un courant dintensité I . En labsence de courant dans le solénoïde, laiguille aimantée est orientée perpendiculairement à laxe du solénoïde. c) On fait passer un courant dintensité I = 3,7 mA, laiguille tourne dun angle de 30°. d) On recommence lexpérience avec deux solénoïdes ayant les mêmes caractéristiques, placés en série et bout à bout ; laiguille aimantée tourne alors dun angle supérieur à 30°. EXERCICE N°9 Entre les armatures verticales A et B dun condensateur, on applique une tension U AB positive. Entre les armatures, on place une charge électrique q . Cette charge q est une petite goutte dhuile électrisée de masse m qui possède un excédent de 10 6 électrons. U AB  10 5 V ; d = 1 cm ;  = 20 cm ; m = 0,2 mg ; charge électrique élémentaire : e  1,6  10  19 C ; g  10 m.s  2 . A B a) Le sens du champ électrique créé entre les armatures dépend du signe de la charge q. b) La goutte dhuile subit une force de valeur égale à 1,6  10  6 N . c) Abandonnée à elle-même, la goutte dhuile subit une accélération de valeur égale à 8 m. s  2 . Les plaques sont maintenant horizontales. On veut maintenir la goutte en équilibre. d) Il faut placer la plaque A au-dessus de la plaque B et augmenter la tension AB pour obtenir cet équilibre. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 5/15

O y i x

x

0 y

Sélection FESIC 1997 Epreuve de Physiqu EXERCICE N°10 Des ions lourds positifs, de masse m 1 et de charge q , animés dune vitesse  v 0 pénètrent en O   dans une zone où existe un champ magnétique uniforme = B 0 k . Données : q  2 e ; e  1,6  10  19 C  26 m 1  6,4  10 kg v 0  10 7 m / s 2 T  a) Si v  0  v 0 k  , les ions sont accélérés. b) Si v  0  v 0 j  , les ions sont déviés vers le demi-axe Ox. c) Si   , le point dimp v 0  v 0 j act O 1 sur laxe  est tel que OO 1  10 cm.  d) Des ions isotopes de masse m 2 , pénétrant en O avec la même vitesse v  0  v 0 j , auraient la même période de révolution que les ions précédents de masse m 1 .

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°11 Un oscillateur élastique est réalisé avec un solide de masse m et un ressort de constante de raideur k . Un dispositif approprié a permis de réaliser lenregistrement ci-dessous. Il représente les variations de lélongation x en fonction du temps t .

a) La période est égale à 0,3 s. b) La vitesse maximale atteinte par le solide est de lordre de 0,53 m. s  1 . c) Le rapport k est de lordre de 110 N. m  1 . kg  1 . m d) Le rapport k est homogène à linverse dun temps au carré. m EXERCICE N°12 On considère un oscillateur mécanique horizontal. On néglige tout frottement. La constante de raideur k du ressort est égale à 10 N. kg  1 . La masse m du solide fixée en A est égale à 100 g.  a) A partir de léquilibre, on exerce une force horizontale de valeur 1 N à lextrémité du ressort, la longueur de celui-ci devient alors égale à 10 cm. On considère maintenant que loscillateur est en mouvement. b) A linstant t, le solide possède la vitesse v, lénergie potentielle de loscillateur est donc égale à E p   K  1mv 2 (K est une constante). 2 c) La période des oscillations est environ égale à 0,63 s. d) Comme il ny a aucun frottement, on peut dire que les oscillations sont entretenues. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 7/15

Sélection FESIC 1997 Epreuve de Physiqu EXERCICE N°13 Lors de létude expérimentale des oscillations libres dun dipôle (L,C) on réalise les deux expériences suivantes :

Données : 61,6 ≈ 0,15 ;  2  10 ; 15 2  225 ; 1 ≈ 4,45  10  3 ; 14  0,25 ; 116 ≈ 0,063. 15 2 On obtient alors les trois courbes ci-dessous. Courbe 1

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Sélection FESIC 1997 Courbe 2

Courbe 3

Epreuve de Physiqu

a) La courbe 2 représente u c en fonction du temps. b) La fréquence de la tension délivrée par le G.B.F est f ≈ 150 Hz. c) La fréquence propre des oscillations du dipôle (L,C) est proche de 1500 Hz. d) Si L = 0,1 H , on peut estimer C égale à 63  F.

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Epreuve de Physiqu

Sélection FESIC 1997 EXERCICE N°14 On considère une bobine de coefficient dauto-inductance L = 1 H et de résistance interne nulle. a) Lorsque la bobine est parcourue par un courant dintensité constante I = 1 A, il existe à ses bornes une tension constante U = 1 V. tLeall eb oqbuien :e e e st  r E elié2e à un a g t én f érate E ur  1ba0ssVes fréfquences qui f dé  liv5re une tension sinusoïdale e cos  ; ; réquence : 0 Hz . b) Lintensité efficace est alors de lordre de 30 mA . Dans le montage schématisé ci-contre, on ferme linterrupteur à la date t  0 . On réalise lenregistrement des variations de lintensité i du courant en fonction du temps. Graphe ci-dessous. On donne : E = 10 V.

c) On en déduit que la résistance est R = 1 000  ..

+ 

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Sélection FESIC 1997 Dans le montage schématisé ci-contre, le condensateur a été préalablement chargé. On ferme linterrupteur à la date t  0 . On réalise lenregistrement des variations de la tension u c en fonction du temps. Schéma ci-dessous. On donne : R = 10  .

Epreuve de Physiqu R C

d) On en déduit que la capacité C est environ égale à 10 nF. EXERCICE N°15 Soit un circuit RLC alimenté par un générateur de signal rectangulaire. Données : 1 ≈ L = 4,9 mH ;  10  8 F ; 88 1,1  10  2 ;   14 ≈ 44. On visualise sur lécran dun oscilloscope la tension aux bornes du condensateur, et lon constate que lamplitude des oscillations est quasi nulle après dix oscillations. a) La période propre des oscillations est 0,22 ms. b) La fréquence du signal rectangulaire du générateur doit être supérieure à 2200 Hz pour que lon puisse observer le phénomène. c) Lécran de loscilloscope, ayant une longueur de 10 cm, ce qui représente dix divisions, la vitesse de balayage choisie est de 5 ms/division pour nobserver quune seule oscillation. d) Pour observer un plus grand nombre doscillations, on augmente la valeur de la résistance R.

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