Physique 2001 Concours FESIC

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Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Physique 2001. Retrouvez le corrigé Physique 2001 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Physique
• 2001

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• Publié par: bankexam
• Publié le: 25 juillet 2008
• Nombre de lectures: 102
• Langue: Français

Extrait

Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°1 Depuis la base de Kourou en Guyane (base proche de l'équateur,6°de latitude), un tir de la fusée Ariane a placé en orbite un satellite de communication du type Télécom. Ce satellite doit être un satellite géostationnaire : il est en orbite circulaire dans le plan équatorial, à une altitudeh, h = 36 000 km environ. Données: 24 Masse de la Terre := 6,0 × 10 kg T  11 2  2 Constante de gravitation :N.m .kgG = 6,7 × 10 3 = 6,4 × 10 kmRayon de la Terre : T a) Dans un référentiel terrestre, la période de ce satellite est de 24 h. G M T b) La valeur littérale de la vitesse de ce satellite estv =. 2  T + h  3  1 c) L'ordre de grandeur de la vitesse de ce satellite est v = 3,0 × 10 m.s. d) Tous les satellites géostationnaires doivent avoir la même masse. Exercice n°2 La molécule de chlorure d'hydrogène constitue un dipôle électrostatique, l'atome d'hydrogène portant une charge positive   et l'atome de chlore une charge négative   .  20 La charge partiellepour valeur a 2,810 C, la longueur de liaison a pour valeur  10 d = 0,126 nm, et la force d'interaction entre les deux atomes a pour valeur4,410 N dans le vide. Les charges portées par les atomes peuvent être considérées comme ponctuelles.

onnées : 4,4   1,6 2,8 2,8   0,64 4,4 a) Une ligne de champ reliant l'atome de chlore symbolisé par le point N et l'atome d'hydrogène symbolisé par le point P est orientée de P vers N. b) L'expression littérale de la valeur F de la force d'interaction entre les atomes est dans le 2 k1 vide : F = , avec k = . 2 d 4 0 c) Le champ électrique au point O, milieu du segment joignant les centres des atomes (voir 11  1 figure cidessus) a pour valeur 1,310 V.m environ. d) Une molécule de chlorure d'hydrogène placée entre les armatures d'un condensateur plan, où règne un champ électrique uniforme, est attirée par l'armature dont elle est la plus proche.

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°3 Soit un solénoïde, considéré comme infiniment long, comportant1000par mètre. spires Lorsqu'aucun courant ne circule dans le solénoïde, l'aiguille aimantée prend la direction  5 indiquée. La composante horizontale du champ magnétique terrestre vaut210 T. Données :  7 = 0 u.S  0 41 .I.   3,14  tan 30°0,577  in 30°0,500  cos 30°0 866 a) Lorsqu'un courant traverse le solénoïde, dans le sens indiqué sur le schéma, les lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde sont des segments de droite orientés de droite à gauche.  4 b) Lorsque = 20 mA , le champ magnétique a pour valeur 2,510 T . c) Le pôle nord de l'aiguille de la boussole dévie, alors, vers la droite. d) Dans ce même cas, l'angle de déviation est égal à 30°. Exercice n°4 Dans un référentiel terrestre, un mobile autoporteur a un mouvement circulaire uniforme. Il se déplace sans frottement sur un plan horizontal. Il est relié à un point fixe de la table par un fil inextensible de masse négligeable. Données : Masse du mobile :gm = 400  2 = 10 m.s  1 Vitesse du centre d'inertie du mobilev = 20 cm.s Distance du centre d'inertie au point fixe de la table := 20 cm a) Le mobile est soumis à une force unique , celle exercée par le fil. b) Le mouvement étant uniforme, le mobile ne subit aucune accélération.  1 c) La vitesse angulaire vautrad.s .= 1,0 d) La valeur de la force exercée par le fil est= 0,080 N.

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°5 Un faisceau de particules chargées homocinétiques pénètre enOavec une vitesseentre les armatures horizontales d'un condensateur plan chargé. Les particules, de chargeq, de massemreprésenté sur le schéma, subissent une, soumises au champ électrique déviation également représentée sur le schéma. Données :  19  q = 1,610 C 3 U = V V = 6,0 10 V  A B   Distance entre les armatures du condensateur : d = 40 cm  26 m = 1,210 kg  7 1 v = 4,610 m.s 5 a) La valeur du champ électrique entre les armatures du condensateur est = 1,510 T. b) La tension V V est positive. A B c) Les particules sont chargées positivement. d) En projection sur les axes, le mouvement d'une particule est de vitesse constante 7  112  2 v = 4,6 10 m.s  sur l'axe Ox et d'accélération con2,a = x  stante y 0sur10 m.s l'axe Oy. Exercice n°6 Une particule portant une chargeqpénètre dans une zone où règne un champ magnétique uniforme , avec une vitesse initiale v orthogonale à . La trajectoire de la particule est 0 circulaire, de rayonR(voir figure cicontre). Données : = 25 cm 4  1  v = 1,2  10 km.s  = 1 T

a) La particule est chargée positivement. b) Le mouvement de la particule est uniformément varié puisque son accélération est non nulle. 6  1 c) La valeur absolue du rapport q/m de cette particule est égale à 48  10C.kg. d) Quelle que soit la position de la particule sur sa trajectoire, le vecteur accélération q 0 conserve toujours pour expression ak . m

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°7 Un faisceau d'électrons pénètre avec une vitesse dans une région de l'espace où règnent un champ magnétique et unchamp électrique comme l'indique la figure. A l'entrée dans la zone de champs, le vecteurvitesse est perpendiculaire à et à . Les électrons peuvent décrire trois types de trajectoire (voir figure). onnées :  19  e = 1,6  10 C  31  m = 9  10 kg 4  1  = 4,0  10 V.m  = 0,10 T On néglige le poids de l'électron par rapport aux autres forces exercées. On étudie le mouvement des électrons de vitesse v décrivant la trajectoire rectiligne n°2. 0 a) Un électron est soumis à deux forces :  , parallèle à la force électrique et de même sens ;  f opposée la force magnétique à . b) Le mouvement est uniforme.  2 1 c) La va est leur de la vitesse d'un électron v 0 = 4,010 km.s . Certains électrons décrivent des trajectoires ayant l'allure de la trajectoire n°1. d) Leur vitesse est supérieure à v . 0 Exercice n°8 Un palet peut glisser, sans frottement, sur un plan(P)incliné de14,5°par rapport au plan horizontal. Le lanceur, situé au bas d'une ligne de plus grande pente du plan(P), est 1 assimilable à un ressort de raideurk = 250 N.m. Avant le lancer, un joueur comprime le ressort de10 cm par rapport à sa longueur à vide, puis le lâche instantanément. Le palet 1 quitte le lanceur en un point pris pour niveau d'altitude zéro, avec une vitesse de5 m.s. Données :  2 = 10 m.s in 14,5° = 0,25 ; cos 14,5° = 0,2614,5° = 0,97 ; tan a) Avant le lancer, l'énergie mécanique du systèmeressortpaletest de 0,75 J. b) Le palet a une masse de 100 g. c) S'il n'est pas arrêté, le palet peut parcourir, à partir de la rupture de contact avec le lanceur et selon la ligne de plus grande pente, une longueur de 5 m. d) La valeur de l'accélération du palet pendant qu'il glisse sur le plan incliné, est de  2 0,125 m.s .

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°9 Dans le texte suivant, Galilée décrit les expériences observées sur les mouvements des pendules. "J'ai pris deux boules, l'une de plomb et l'autre de liège, cellelà au moins cent fois plus lourde que celleci, puis j'ai attaché chacune d'elles à deux fils très fins, longs tous deux de quatre coudées ; les écartant alors de la position perpendiculaire, je les lâchais en même temps ; une bonne centaine d'allées et venues, accomplies par les boules elles mêmes, m'ont clairement montré qu'entre la période du corps pesant et celle du corps léger, la coïncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n'acquiert sur le second aucune avance, fûtce la plus minime, mais que tous deux ont un rythme de mouvement rigoureusement identique. On observe également l'action du milieu qui, en gênant le mouvement, ralentit bien davantage les vibrations du liège que celles du plomb, sans toutefois modifier leur fréquence ; même si les arcs décrits par le liège n'ont pas plus que cinq ou six degrés, contre cinquante ou soixante pour le plomb, ils sont en effet traversés en des temps égaux". Données :  2  = 10 m.s 1 coudée =50 cm 0,2  0,45 Dans le texte, Galilée met en évidence les propriétés observées suivantes du pendule simple : a) La période du pendule ne dépend pas de la masse de la boule. b) La période du pendule ne dépend pas de l'amplitude des oscillations. c) La période du pendule dépend de la longueur du fil. Les pendules décrits par Galilée peuvent être assimilés à des pendules simples. d) La période des pendules décrits par Galilée vaut 14 s.

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°10 Un solideS,de massem,est accroché à un ressort de constante de raideurkà spires non jointives. Il peut glisser sans frottement sur un plan horizontal. Le centre d'inertieGdeS est repéré sur un axe horizontal  x dont l'origine coïncide avec la position de repos deS.

L'enregistrement du mouvement deSest donné par la figure cidessous :

Données :  2  = 10 m.s  3,14 2   10 a) La période du mouvement est 0,5 s et l'amplitude des oscillations est 4 cm.  1 b) A la date 0,6 s, la vitesse est maximale et vaut v = 50 cm.s . m  2 c) Lorsque l'élongation vaut = 4 cm .6,4 m.s , l'accélération vaut d) Si on remplace la masse m par une masse m  = 2 m , la période du mouvement du solide est doublée.

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°11 Un oscillateur mécanique horizontal est constitué d'un ressort, de raideurk, de masse négligeable, et d'un solideSmasse de kgm = 0,100 , de centre d'inertieG, glissant sans frottement sur un plan horizontal. e j L'équation horaire du mouvement deGdans le repèreO, i, lié à la Terre est :    x = 4,0 cos 20 t +  avec (xencm,tens).   4   Oest la position deGquand l'oscillateur est au repos.

Données : 10 3,18    0,314 10   0,0314 100 a) L'amplitude du mouvement est de 4,0 cm.  1 b) La raideur k du ressort est 10 N.m . c) La fréquence propre du mouvement est 3,18 Hz. d) L'accélération du mobile à chaque instant est donnée par la relation :     2 a = 1600 cos 20 t + en cm.s .   4  

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°12 Le graphique cidessous représente la courbe de réponse d'un pendule élastique, constitué par un solide de massemun ressort de raideur et k, soumis à des oscillations forcées. L'amplitudeXà la résonance est égale à2 cmet la fréquence de résonance d'amplitude m est inférieure à la fréquence propre du système, qui est environ de4 Hz.

onnées :  2  1,4  m = 250 g 2  

a) La bande passante à  3 dB est environ égale à 1,6 Hz. b) Le facteur de qualité est environ de 2,5. c) Il s'agit d'un oscillateur peu amorti.  1 d) La raideur du ressort est de l'ordre de 160 N.m . Exercice n°13 On réalise le circuit cidessous. A l'instant t = 0 , on ferme l'interrupteurK. L'intensité du courant s'établit progressivement. Lorsque le régime permanent est établi, l'intensitéi a pour valeur50 mA.

onnées :  = 5 V  r = 10   r  = 20 

a) A t = 0 , juste après la fermeture de l'interrupteur, i = 0 . + b) A t = 0 , la tension u aux bornes de la bobine est de 5 V. + , r  c) La constante de temps du circuit est égale à+ r= R   /L . d) Le conducteur ohmique a une résistance = 80  .

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°14 On considère un circuit(L,C)idéal (voir figure cidessous). En positionnant l'interrupteur Ksur la position1, on charge le condensateur sous une tension = 10 V . A l'instant t = 0 , on bascule l'interrupteur sur la position2. Il s'établit un courant sinusoïdali, on choisit l'orientation indiquée sur le schéma. La charge du condensateur évolue au cours du temps selon l'équation :q = q m cos   0 t +  .

onnées :  = 0,1 H  C = 0,1  F

 6 a) A l'instant t = 0 , la charge du condensateur vaut 10 Cq = . 0 dq b) L'intensité i a pour expression : i = . dt c) La période des oscillations est T0,6 s .  4   d) L'intensité, exprimée en A, est i  t  = 0,01 sin 10 t + .   2   Exercice n°15 Soit un circuit série constitué d'un conducteur ohmique de résistanceR, d'une bobine d'inductanceLde résistance et r, d'un condensateur de capacitéC et d'un générateur de tension idéale. La courbe, cidessous, indique les variations de l'intensité maximale dans le circuit en fonction de la pulsation de la tension sinusoïdale imposée par le générateur de tension idéal. La tension maximale fournie par ce générateur est4 VU = . Le facteur de m qualité du circuit est de3.

onnées :  = 35   = 0,1 H

a)La fréquence du circuit à la résonance d'intensité est la fréquence propre du circuit. b) La capacité du condensateur est C = 10 pF . c) La bobine a une résistance de 10 . d) A la résonance, la tension maximale aux bornes du condensateur est de 12 V.

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique Exercice n°16 Un condensateur, de capacité C = 0,22F , est préalablement chargé puis connecté à une bobine d'inductanceL et de résistancer. Dès la fermeture du circuit, un oscilloscope à mémoire enregistre les oscillations électriques de la tension aux bornes du condensateur : enregistrement1.

Enregistrement 1

a) A la date t = 0 , la charge initiale du condensateur est voisine de 1C . b) La pseudopériode des oscillations est 0,2 msT = . On recommence l'expérience avec un condensateur de capacité C  = 2 C la bobine et précédente. On effectue un nouvel enregistrement des oscillations du circuit (enregistrement2).

Figure 2

c) L'enregistrement 2 est conforme à la figure 2 cidessus. On utilise maintenant le condensateur de capacité C  C= 2 et une bobine d'inductance et de résistance r  .

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

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Sélection FESIC 2001 Epreuve de Physique On effectue un nouvel enregistrement des oscillations (enregistrement 3).

Enregistrement 3

1 d) L'inductance de la bobine est  = L sa résistance et r   est plus faible que la 2 résistance r de la première bobine. Exercice n°17 On a réalisé le montage schématisé cicontre. Le générateur basse fréquence délivre une tension en créneaux : la valeur de la tension aux bornes duGBF est, soit égale à V= 3 pendant une demipériode, soit nulle pendant la demipériode suivante. onnée :  C = 2,0 nF

A l'aide d'un oscilloscope, on a relevé les oscillogrammes cicontre avec une sensibilité de l déviation verticale sur les deux voies égale  1 1V.divla base de et  1 temps estms.divb = 0,5 . a) Pour visualiser la tension aux bornes du condensateur, on a relié le point D à la voie Y et le point B à la masse. b) La courbe I correspond à la tension aux bornes du G.B.F et la courbe II correspond à la tension aux bornes du condensateur. c) La constante de temps  est de l'ordre de 0,25 ms pour le dipôle (R,C). d) La valeur de la résistance R est 250 .

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