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1 LSS PRPRTOIR Sections : Kiné Manip rgo Orthop oncours lanc n 12 ate : 21 / 01 / 2015 Matière : PHYSIQU urée de l'épreuve :... Kiné / Manip : 1 h... rgo : 20 min (indicatif)... Orthop : 2 h ochez la (les) case(s) correspondant à la réponse que vous pensez juste. La note d une question est attribuée uniquement si seules toutes les bonnes réponses sont cochées. LULTRI NON UTORISÉ tudiant(e)s en rgo : vous composerez uniquement sur les questions (6 points). Question n 01 La cohésion de la matière : à l'échelle atomique est assurée par l'interaction gravitationnelle. à l'échelle astronomique est assurée par l'interaction forte. à l'échelle du noyau est assurée par l'interaction forte. à l'échelle humaine est assurée par l'interaction électromagnétique. aucune affirmation correcte Question n 02 On définit comme système un point appartenant à la carrosserie d'une voiture se déplaçant en ligne droite horizontale. Sont représentées ci-dessous les variations de la vitesse vx en fonction du temps. Page 1 / 9

2 entre 0 et 165 s, le mouvement est accéléré. entre les dates 120 s et 165 s, la voiture est à l'arrêt. entre 165 s et 210 s, le mouvement est décéléré. entre 260 s et 285 s, le mouvement est accéléré. entre 285 s et 330 s, le mouvement est rectiligne. Question n 03 Modélisation de la chute libre Il s'agit de retrouver des résultats avancés par Galilée concernant la chute verticale dans l'air d'un boulet sphérique en fer, lâché sans vitesse initiale. xtrait n 1 : «partant du repos, les corps lourds accélèrent continuellement [ ]. Si on définit des temps égaux quelconques, aussi nombreux qu'on veut, et si on suppose que, dans le premier temps, le mobile, partant du repos, a parcouru tel espace, par exemple une aune [1,14 m], pendant le second temps, il en parcourra trois, puis cinq pendant le troisième [ ] et ainsi de suite, selon la suite des nombres impairs.» Le référentiel d'étude est terrestre. On considère qu'au voisinage d'un point de la surface terrestre le champ de pesanteur est uniforme dont la norme g sera prise égale à 10 m.s 2. On néglige l'action de l'air sur le boulet. On peut remplacer «continuellement» dans le texte de Galilée par «uniformément». Le référentiel terrestre peut être considéré galiléen car on néglige les forces de frottement de l'air. On repère le corps en chute libre par son abscisse x(t) sur un axe vertical descendant ayant pour origine le point de lâcher de l'obus. On donne x(t) = 1 2 g ( t t 0 ) 2. On définit la suite numérique u n par u n = x(t n ) où t n = t 0 + n Δt, Δt étant une durée donnée et n un entier naturel. Pour vérifier l'observation de Galilée, il faudrait montrer que (u n+1 u n ) est un multiple impair de u 1. xtrait n 2 : «herchons à savoir combien de temps un boulet, de fer par exemple, met pour arriver sur la Terre d'une hauteur de cent coudées [une coudée = 57 cm]. ristote dit qu'une «boule de fer de cent livres [unité de masse], tombant de cent coudées, touche terre avant qu'une boule d'une livre ait parcouru une seule coudée», et je vous dis, moi, qu'elles arrivent en même temps. es expériences répétées montrent qu'un boulet de cent livres met cinq secondes pour descendre de cent coudées.» Les propositions suivantes : «la durée de chute est indépendante de la masse» et «la durée de chute augmente quand la masse du boulet augmente» correspondent respectivement à la théorie de Galilée et ristote. La durée de la chute calculée à partir de cette formule est inférieure de plus d'une seconde à celle trouvée par Galilée. Question n 04 Un véhicule de masse m = 1000 kg, assimilé à un point matériel, roule à 83,5 km.h -1 sur une route rectiligne en pente descendante, faisant un angle de 4,0 avec l'horizontale. partir d'une position de la voiture, le conducteur freine brutalement. Il s'arrête à la position au bout de 50,0 m. onnées : g = 10 m.s 2 ( 83,5 3,6 ) 2 = 540 sin 4,0 = 7, Page 2 / 9

3 alculer la valeur de la force de freinage f, considérée comme constante et parallèle au déplacement pendant tout le freinage. 6,1 N 6,1 kn 5400 N 5,4 N 15,2 kn autre réponse Question n 05 Un satellite de la Terre a une trajectoire circulaire dans le référentiel géocentrique dont le centre est le centre de la Terre. Le satellite n'est soumis qu'à l'attraction gravitationnelle de la Terre. On rappelle que la Lune tourne autour de la Terre en suivant une trajectoire considérée circulaire de rayon égal à 3, m et que la période de ce mouvement est de 29,5 jours. ide aux calculs : ( 7,15 3,84 ) 1,5 = 2,54 ( 3,84 7,15 ) 1,5 = 0,39 29,5 2,54 = 75 29,5 0,39 = 11,5 La valeur de la vitesse du satellite est constante. La valeur de l'accélération du satellite dans le référentiel d'étude est nulle. La norme de la vitesse dépend de la masse du satellite et de la distance du satellite au centre de la Terre. La période de révolution ne dépend que de la masse de la Terre et de l'altitude du satellite. Le satellite RS (uropean Resource Sensing) est à 7, m du centre de la Terre. Sa période de révolution est inférieure à 1 heure. Question n 06 La nébuleuse de la Lyre est située à une distance dr de années-lumière du Soleil, cette distance étant mesurée dans le référentiel héliocentrique. On considère cette nébuleuse fixe par rapport au Soleil. Une sonde voyage à une vitesse de valeur constante et en ligne droite pour aller du Soleil à la nébuleuse de la Lyre. Une horloge, à bord de la sonde, indique une durée du voyage ΔTS égale à ans. Le référentiel héliocentrique et celui lié à la sonde sont considérés galiléens. La vitesse de la sonde dans le référentiel héliocentrique s'exprime par : d R.c ΔT S 2.c 2 + d R 2 d R.c ΔT 2 S.c d R d R ΔT S 2.c 2 + d R 2 c ΔT S 2.c 2 + d R 2 c ΔT S.d R Question n 07 L entrée des rayons cosmiques dans la haute atmosphère génère une pluie de particules, notamment des muons. es particules ne sont pas stables : celles fabriquées en laboratoire se désintègrent en une durée maximale de 10 μs environ. Pourtant, on estime que les muons traversant l atmosphère à une vitesse proche de celle de la lumière, doivent «vivre» au moins 0,1 ms, puisque nous les détectons au niveau du sol. Leur vitesse minimale v, par rapport à la célérité c de la lumière dans le vide, est donc : 0,09 c 0,9 c 0,99 c 0,999 c 0,9999 c ucune réponse exacte Page 3 / 9

4 Question n 08 On considère une pile de force électromotrice = 6 V et de résistance r = 1 Ω. La puissance utile fournie par cette pile au reste du circuit est Pu = 2,75 W. alculer l'intensité (en ) du courant débité par cette pile. 0,10 0,28 0,38 0,50 0,62 ucune réponse exacte Question n 09 On a étudié expérimentalement la tension U PN aux bornes d'une pile lorsqu'elle débite un courant d'intensité I. On a regroupé les résultats des mesures dans le tableau ci-dessous : U PN (en V) 4,40 4,30 4,20 4,10 4,00 3,90 I (en m) On dispose de deux conducteurs ohmiques identiques de résistance R = 37 Ω. On associe ces deux conducteurs ohmiques en dérivation. On relie cette association à la pile précédente comme l'indique le schéma ci-contre. alculer l'intensité I (en m) du courant débité par la pile lorsqu'elle alimente l'association des deux conducteurs ohmiques ucune réponse exacte ocument et données relatifs aux questions 10 et 11. ocument. n France, si tous les véhicules routiers devenaient électriques, combien faudrait-il mobiliser de nouvelles centrales pour répondre à la demande? onsommation des transports n France, en 2011, la consommation d'énergie annuelle des transports est de 54 millions de tonnes équivalent pétrole (54 Mtep) soit, à énergie finale constante, environ 630 TW.h (puisque 1 tep correspond à kw.h). Sur ces 54 Mtep, les transports aérien et maritime consomment environ 5 Mtep. Le reste, soit près de 50 Mtep (environ 550 TW.h), est consommé par les transports terrestres. Les véhicules des particuliers représentent environ 50 % de cette consommation, soit 225 TW.h. Moteur thermique ou moteur électrique? Un moteur thermique a un rendement moyen de l'ordre de 20 % sur le carburant consommé, alors qu'un moteur électrique a un rendement de 80 % sur l'électricité utilisée, mais... le stockage de l'électricité fait perdre environ 20 % de l'électricité produite, alors que le stockage du carburant ne consomme rien en première approximation. Les pertes de distribution de l'électricité sont de 8 % (de la centrale à la prise basse tension) pour l'électricité ; elles sont de l'ordre de 2 % à 3 % pour les carburants. 'après Jean-Marc Jancovici, ingénieur conseil spécialisé dans le changement climatique, onnées : production annuelle d'un réacteur nucléaire : 10 TW.h. on suppose qu'actuellement, la production électrique française couvre complètement les besoins en électricité. Page 4 / 9

5 Question n 10 Le rendement (arrondi à la dizaine de %) de la «chaîne électrique» et de la «chaîne carburant» sont respectivement de : 50 % et 40 % 40 % et 50 % 20 % et 50 % 60 % et 40 % 60 % et 20 % ucune réponse exacte Question n 11 (suite) ombien de réacteurs nucléaires faudrait-il approximativement mobiliser pour alimenter tous les véhicules électriques qui remplaceraient les véhicules routiers thermiques français? une dizaine une vingtaine une cinquantaine une soixantaine une centaine > 100 Question n 12 ans un radiateur à bain d'huile, des conducteurs ohmiques chauffent l'huile qu'il contient. n refroidissant, cette huile fournit de l'énergie thermique à la pièce dans laquelle se trouve le radiateur. On considère un radiateur contenant 5,0 L d'huile portée à une température de 50. On coupe l'alimentation du radiateur. u bout d'un certain temps, l'huile est à la température de la pièce. L'énergie thermique transférée est de 2, kj. onnées : c huile = 2, J.kg 1.K 1 ; dhuile = 0,80 ; ρeau = 1,00 kg.l 1 Quelle est (en ) la température de l'huile lorsqu'elle atteint celle de la pièce? ucune réponse exacte Question n 13 Un des murs d une maison a une superficie S. omme il est en contact avec le milieu extérieur, il est d abord constitué d une épaisseur e de béton, de conductivité thermique λ. L isolation thermique du mur est réalisée par un panneau en polystyrène extrudé d épaisseur e, collé sur toute la surface du mur extérieur. La résistance thermique du polystyrène extrudé est λ'. La résistance thermique totale de l ensemble {mur+polystyrène} est : λ e ' +λ ' e ) R th,totale = S ( λ e + λ ' R th,totale = 1 S ( e λ + e' λ ' ) R th,totale = S ( e. e ' e ' ) R th,totale = 1 S ( λ.λ ' λ e '+λ ' e ) Question n 14 (suite) On donne : ΔΘ = 20 ; S = 20 m 2 ; e = 50 cm ; e' = 6,0 mm ; λ = 2,0 W..m 1 ; λ' = 0,030 W..m 1. Quelle est approximativement la valeur (en W) du flux thermique total? 0, Page 5 / 9

6 Question n 15 Parmi les affirmations suivantes, combien y en a-t-il d'exactes? Une réaction nucléaire doit vérifier la conservation de la masse et de la charge. Une réaction de fission nucléaire libère de l'énergie alors qu'une réaction de fusion en consomme. La réaction d'équation : 2 1 H H 4 2 He n qui ne tient pas compte des éventuels rayonnements électromagnétiques est une désintégration de type α. La réaction d'équation : Po Pb + Z X est une réaction de fission. L'uranium 235 et l'uranium 232 sont des isotopes ucune affirmation exacte Question n 16 Une fission nucléaire est une réaction nucléaire spontanée. u cours d'une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de masse. Lors d'une fission nucléaire, les neutrons produits peuvent provoquer une réaction en chaîne. La masse du noyau de tritium 1 3 H est inférieure à la somme des masses d'un proton et de deux neutrons. L'uranium peut subir une fission nucléaire d'équation : U n Kr a n. La masse de Kr a n sera alors supérieure à la masse de U. Question n 17 Quelles sont les affirmations exactes concernant les ondes progressives mécaniques? lles transportent de l'énergie mécanique. lles transportent de la matière. La fréquence d'une onde périodique ne dépend pas du milieu de propagation. Une onde sonore se propage dans le vide. L'amplitude d'une onde sonore se propageant dans toutes les directions de l'espace, dans un milieu non absorbant, reste constante. Page 6 / 9

7 Question n 18 Un vibreur est relié à l'extrémité S d'une corde élastique. l'instant t = 0, le vibreur est mis en mouvement. L'aspect de la corde après une durée de 400 ms est représenté ci-contre. L'origine des abscisses x = 0 correspond à la position de l'extrémité S. Parmi les propositions suivantes, la(es)quelle(s) est (sont) vraie(s)? l'instant t = 0, le vibreur s'est mis en mouvement vers le haut. La longueur d'onde créée est de 1,0 m. La période temporelle du mouvement du vibreur est de 200 ms. La célérité de l'onde le long de la corde a pour valeur 12,5 m.s -1. Le vibreur a provoqué le long de la corde une onde mécanique transversale. Question n 19 Une perturbation, créée en un point source S, se propage le long d'une corde élastique. ette corde a été photographiée aux instants t 1 = 1,6 s et t 2 = 2,4 s (voir schémas ci-dessous). Remarque : L'abscisse 0,0 m sur les schémas ci-après ne correspond pas à la disposition du point source S. Il s'agit d'une onde progressive longitudinale. u cours de sa progression, l'onde est amortie. La célérité de l'onde entre t 1 et t 2 est de 5,0 m.s 1. Un point M de la corde reproduit la déformation initiale de la source avec un retard égal à τ = SM c, c étant la célérité de l'onde. La perturbation affecte 2,0 m de corde. Page 7 / 9

8 Question n 20 Une perturbation transversale se propage le long d'une corde tendue horizontalement. La déformation commence à l'instant t = 0 en un point S. Le graphe ci-dessous représente l'aspect de la corde à la date t = 3,0 s. alculer la célérité (en m.s 1 ) de la perturbation. 1,0 1,3 1,6 2,0 2,7 ucune affirmation exacte FIN L'PRUV PHYSIQU Page 8 / 9

9 Grille de réponse 12 Physique K/M/O/ NOM : Prénom : Groupe : Vous utiliserez la grille réponse suivante. Pour chaque question, vous indiquerez votre ou vos réponse(s) sur la première ligne. n cas d'erreur, vous utiliserez la seconde ligne. Toute utilisation de la seconde ligne annule la réponse de la première ligne Page 9 / 9