INSTITUT DE FORMATION DE TECHNICIENS DE LABORATOIRE MEDICAL (IFTLM) CONCOURS D ENTREE VENDREDI 17 MAI 2013

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1 INSTITUT DE FORMATION DE TECHNICIENS DE LABORATOIRE MEDICAL (IFTLM) CONCOURS D ENTREE VENDREDI 17 MAI 213 CALCULATRICES NON PROGRAMMABLES AUTORISEES EPREUVE DE PHYSIQUE DUREE : 1 heure Page 1 sur 7

2 EXERCICE I : Galileo ( 11 points) DOCUMENT Connaître sa position exacte dans l espace et dans le temps, autant d informations qu il sera nécessaire d obtenir de plus en plus fréquemment avec une grande fiabilité. Dans quelques années, ce sera possible avec le système de radionavigation par satellite GALILEO, initiative lancée par l Union européenne et l Agence spatiale européenne (ESA). Ce système mondial assurera une complémentarité avec le système actuel GPS (Global Positioning System). GALILEO repose sur une constellation de trente satellites et des stations terrestres permettant de fournir des informations concernant leur positionnement à des usagers de nombreux secteurs (transport, services sociaux, justice, etc ). Le premier satellite du programme, Giove-A, a été lancé le 28 décembre 25. D après le site DONNEES : Constante de gravitation : G = 6, m 3.kg -1.s -2 La Terre est supposée sphérique et homogène. On appelle O son centre, sa masse M T = 5, kg et son rayon R T = 6, km. Le satellite Giove-A est assimilé à un point matériel G de masse m sat = 7 kg. Il est supposé soumis à la seule interaction gravitationnelle due à la Terre, et il décrit de façon uniforme un cercle de centre O, à l altitude h = 23,6 1 3 km. I. Mouvement du satellite Giove-A autour de la Terre 1.a. Sans souci d échelle, faire un schéma représentant la Terre, le satellite sur sa trajectoire et la force exercée par la Terre sur le satellite. b. En utilisant les notations du texte, donner l expression vectorielle de cette force. On notera u r le vecteur unitaire dirigé de O vers G. 2.a. Dans quel référentiel le mouvement du satellite est-il décrit? b. Quelle hypothèse concernant ce référentiel faut-il faire pour appliquer la seconde loi de Newton? c. En appliquant la seconde loi de Newton au satellite, déterminer l expression du vecteuraccélération a r du point G. 3.a. Donner les caractéristiques du vecteur-accélération a r d un point matériel ayant un mouvement circulaire uniforme. M b. Montrer alors que la vitesse v du satellite est telle que : v² = G T avec R = R T + h. R 4.a. Définir la période de révolution T du satellite. Donner son expression en fonction de G, M T et R. b. Calculer la période T. Page 2 sur 7

3 II. Comparaison avec d autres satellites terrestres Il existe actuellement deux systèmes de positionnement par satellites : le système américain GPS et le système russe GLONASS. La courbe donnant T² en fonction de R 3 a été tracée pour les satellites GPs, GLONASS ainsi que pour le satellite Giove-A (Galilleo) et les satellites de type Météosat. 1. Que peut-on déduire de ce tracé? Justifier. 2. Montrer que le résultat de la question I-4-a est conforme au tracé obtenu. Page 3 sur 7

4 EXERCICE II : Comment se protéger les oreilles? ( 9 points) Nos oreilles sont fragiles. Une trop grande intensité sonore peut les endommager de façon irréversible. Pour prévenir ce risque, il existe des protections auditives de natures différentes selon leur type d utilisation. On peut distinguer, par exemple, deux catégories de bouchons d'oreilles : - les bouchons en mousse (ou les boules en cire), à usage domestique. Ce sont largement les plus courants. Ils sont généralement jetables, de faible coût et permettent de s'isoler du bruit. Ils restituent un son sourd et fortement atténué. - les bouchons moulés en silicone, utilisés par les musiciens. Ils sont fabriqués sur mesure et nécessitent la prise d'empreinte du conduit auditif. Ils sont lavables à l'eau et se L'objectif conservent de plusieurs l'exercice années. est de Ils comparer conservent le la comportement qualité du son. Leur acoustique prix est des relativement bouchons élevé. en mousse et des bouchons moulés, lorsque l'auditeur qui les porte écoute le son émis par une flûte à bec. 1. Analyse de la note la 4 d une flûte à bec Le musicien joue la note la 4. À l'aide d'un système d'acquisition, on enregistre le son émis par la flûte. On obtient l'enregistrement du signal électrique correspondant (figure 1) En utilisant la figure 1, déterminer la fréquence du son émis par cette flûte. U (V) 1,5 -, t(ms) Figure Cette fréquence étant celle du mode fondamental, quelles sont les fréquences des harmoniques de rangs 2 et 3? 2. Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d un document publicitaire On s'intéresse ici à la qualité du son perçu par un auditeur muni de protections auditives. On donne l expression du niveau sonore L (exprimé en décibels acoustiques dba) associé à une onde sonore d intensité I : L = 1 log égale à 1, 1 12 W.m 2. Ι Ι où I représente l intensité sonore de référence Sur un document publicitaire, un fabricant fournit les courbes d'atténuation correspondant aux deux types de bouchons (figure 2). On représente ainsi la diminution du niveau sonore due au bouchon en fonction de la fréquence de l'onde qui le traverse. On remarquera que plus l atténuation est grande plus l intensité sonore est faible. Page 4 sur 7

5 atténuation (dba) Courbes d'atténuation bouchon en mousse bouchon moulé fréquence (Hz) Figure Une pratique musicale régulière d'instruments tels que la batterie ou la guitare électrique nécessite une atténuation du niveau sonore. Cependant, cette atténuation ne doit pas être trop importante afin que le musicien entende suffisamment ; elle ne doit donc pas dépasser 25 dba. Indiquer pour chaque bouchon si le critère précédent a été respecté En utilisant la courbe d atténuation (figure 2), indiquer si un bouchon en mousse atténue davantage les sons aigus ou les sons graves. Commenter la phrase du texte introductif : "Ils (les bouchons en mousse) restituent un son sourd". 3. Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d une expérience Un dispositif adapté permet d'enregistrer le son émis par la flûte et ceux restitués par les deux types de bouchons lorsqu un musicien joue la note la 4. Les spectres en fréquence de ces sons sont représentés figure 3, figure 4 et figure En justifiant, indiquer si le port de bouchon en mousse modifie : - la hauteur du son? - le timbre du son? Même question pour le bouchon moulé en silicone Commenter la phrase du texte introductif : "Ils (les bouchons moulés) conservent la qualité du son". Page 5 sur 7

6 4. Une exposition prolongée à 85 dba est nocive pour l'oreille humaine. Durant un concert de rock, un batteur est soumis en moyenne à une intensité sonore I = 1, 1 2 W.m Calculer le niveau sonore auquel correspond l'intensité sonore I Le batteur est porteur de bouchons moulés en silicone correspondant au document publicitaire. En vous aidant de la figure 2, préciser si ses facultés auditives peuvent être altérées au cours du concert? amplitude relative,8,6,4, f (khz) Figure 3 amplitude relative,8,6,4, f (khz) Figure 4 : spectre du la 4 restitué après passage par un bouchon en mous Page 6 sur 7

7 amplitude relative,8,6,4, f (khz) Figure 5 : spectre du la 4 restitué après passage par un bouchon moulé en silicone Page 7 sur 7