Ecole d Assas 2 avril Epreuve d admission. Sujet de physique 1 heure, sur 20 points. REPONDRE DIRECTEMENT SUR LE SUJET. Consignes à respecter

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1 Ecole d Assas 2 avril 2015 Masso-Kinésithérapie Epreuve d admission Sujet de physique 1 heure, sur 20 points. REPONDRE DIRECTEMENT SUR LE SUJET Consignes à respecter Toutes les réponses doivent être réalisées uniquement sur le document distribué. Aucune réponse au crayon à papier ne sera validée. Vous ne devez pas répondre en dehors des espaces réservés à cet effet. En cas d erreur, vous pouvez rectifier directement en barrant ou en utilisant du blanc correcteur. Le document distribué contient 8 pages. Seul le document distribué sera ramassé. Aucun sujet supplémentaire ne sera distribué. 1/8

2 «Oscillateurs et mesure du temps» Jusqu au milieu du XX ème siècle seuls les systèmes mécaniques oscillants permettaient de mesurer le temps. Le problème qui suit aborde quelques caractéristiques du pendule pesant en tant que système oscillant. Un pendule pesant est constitué d un fil inextensible de longueur l, attaché en un point fixe A. Un solide de petite dimension est fixée à l extrémité du fil. La masse du fil est négligeable devant la masse m du solide. On écarte le pendule d un angle θ = 20 par rapport à sa position d équilibre G 0 et, à t = 0 s, on le lâche sans vitesse initiale : le pendule oscille librement ; on néglige dans un premier temps les frottements. L étude des oscillations est réalisée dans le référentiel du laboratoire supposé galiléen. L origine des valeurs de l énergie potentielle de pesanteur est prise au point G 0 d altitude z = 0 m. A chaque instant, la position du centre de gravité G du solide est repérée par l angle θ. z O G 0 A l θ G Données : g = 9,81 m.s -2 m = 200 g l= 50 cm 1. Faire l inventaire des forces appliquées au solide et représenter ces forces. A G 2. Exprimer l altitude z du solide en fonction de l et θ. 2/8

3 3. En déduire que l énergie potentielle de pesanteur peut être exprimée par Ep = m.g.l.(1-cosθ). 4. Donner la valeur de la vitesse du solide au passage par la position G On donne l évolution des formes d énergie du système. E (mj) Courbe 1 t(s) Courbe 2 Identifier les courbes représentant respectivement l énergie potentielle et l énergie cinétique Courbe 1 : Courbe 2 : 3/8

4 6. Indiquer si le système étudié est soumis à des forces conservatives ou non conservatives. Sans aucun calcul, mais par une réponse argumentée, indiquer la valeur du travail W de ces forces. 7. Calculer le travail W des forces agissant sur le système entre les positions G 0 et G. 8. Identifier parmi les expressions proposées l expression correcte de la période propre du pendule. g L mg. L A) T 0 = 2π B) T0 = 2π C) T0 = 2π D) T0 = 2π E) T0 = 2π L g L g L m Indiquer la lettre correspondant à votre choix : 4/8

5 9. Quelle longueur doit-on donner au pendule si on souhaite qu il «batte la seconde»? L = 10. L étude énergétique d un pendule simple dans une situation réelle donne les résultats suivants : E (mj) t(s) Préciser pour chaque courbe donnée précédemment, la grandeur correspondante : énergie cinétique Ec, énergie potentielle de pesanteur Epp et énergie mécanique Em. Courbe 1 : Courbe 2 : Courbe 3 : 11. Quelle solution doit-on envisager pour que le pendule constitue une horloge fiable? 5/8

6 «Transferts quantiques d énergie» A la différence des lampes classiques, les lasers émettent un faisceau lumineux directif et intense dont la lumière est monochromatique et cohérente. Cette lumière produite par amplification, utilise l émission stimulée de rayonnement. Il est nécessaire de réaliser une opération préalable d inversion de population des molécules de gaz (milieu actif) confinées dans la cavité laser. Les photons émis par émission stimulée dans la cavité sont sélectionnés selon une seule direction de propagation ; ils se réfléchissent sur les miroirs et initient d autres émissions stimulées. En moyenne 1% du nombre total de photons ayant frappé le miroir semi-réfléchissant s en échappent. Miroir réfléchissant Miroir semi-réfléchissant Milieu actif N2 et CO2 Le laser à CO 2 est constitué d une cavité contenant un mélange de dioxyde de carbone et de diazote. Le diazote est utilisé pour réaliser l inversion de population. Une fois excitées, les molécules de diazote cèdent leur énergie aux molécules de dioxyde de carbone en les portant dans un état vibratoire d énergie E 2. Les molécules de dioxyde de carbone peuvent alors donner lieu à l émission stimulée. Données : 1 ev = 1,60 x J ; c = 3,00 x 10 8 m.s -1 ; h = 6,63 x J.s 1. Quel est l intérêt de l inversion de population des molécules de CO 2? De quelle façon l inversion de population est-elle réalisée dans la cavité laser? 6/8

7 2. Indiquer par une flèche la transition d énergie correspondant à l inversion de population. 3. La transition traduisant l inversion de population est-elle de nature électronique ou vibratoire? 4. A quel type de transfert d énergie correspond cette transition d énergie? 5. Indiquer par une flèche en pointillés la transition d énergie de nature vibratoire responsable de l effet laser. 7/8

8 6. Calculer, en électron-volt, la variation d énergie associée à l émission de la radiation laser de longueur d onde λ = 9,6 µm. 8/8