FESIC physique 1997

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Sélection FESIC 1997 Epreuve de Physique 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 1 1V est égale à 2,00 m.s . Au passage au point B, sa vitesse V est égale à 2,83 m.s . Il existe A Bun frottement solide, la force de frottement a une valeur constante. 2Données : m = 200 g ; AB = 50 cm ; = 30° ; g = 10 m. s 2 cos 30° = 0,87 ; sin 30° = 0,5 ; 2, 83 ≈ 8. a) La direction du vecteur accélération du solide est verticale. 2b) La valeur de l’accélération du solide est égale à 1 m. s . 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 : f k avec : f force de freinage maximale P P poids du véhicule. Sur route sèche : k 06,. 1Sur route mouillée : k 0,2. 2Le temps de réflexe du conducteur est de 0,5 s. 6252Données : g10ms. 25 25625 ≈ 52 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 ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Epreuve de Physiqu
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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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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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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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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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   
d  
q
z
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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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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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 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 ..
 
+   
 R
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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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