CCP TSI 2011 sous reserves erreurs polices

Documents pareils
Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

5. Les conducteurs électriques

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

Champ électromagnétique?

Interaction milieux dilués rayonnement Travaux dirigés n 2. Résonance magnétique : approche classique

CONCOURS COMMUN 2010 PHYSIQUE

Cours de Mécanique du point matériel

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

Charges électriques - Courant électrique

À propos d ITER. 1- Principe de la fusion thermonucléaire

Cours d électricité. Circuits électriques en courant constant. Mathieu Bardoux. 1 re année

Les Conditions aux limites

Cours d Electromagnétisme

Méthodes de Caractérisation des Matériaux. Cours, annales

Intégrales doubles et triples - M

Mesure d angles et trigonométrie

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

M6 MOMENT CINÉTIQUE D UN POINT MATÉRIEL

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

Mécanique du Point Matériel

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

CNC corrigé

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Travaux dirigés de magnétisme

Equations différentielles linéaires à coefficients constants

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Repérage d un point - Vitesse et

1 Systèmes triphasés symétriques

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Q6 : Comment calcule t-on l intensité sonore à partir du niveau d intensité?

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Michel Henry Nicolas Delorme

Système formé de deux points

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

ELEC2753 Electrotechnique examen du 11/06/2012

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

Caractéristiques des ondes

Mécanique. Chapitre 4. Mécanique en référentiel non galiléen

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

08/07/2015

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

Cours et Exercices de Mécanique :

Laboratoires de Physique générale

Utilisation des intégrales premières en mécanique. Exemples et applications.

TD1 Signaux, énergie et puissance, signaux aléatoires

SEANCE 4 : MECANIQUE THEOREMES FONDAMENTAUX

Introduction à l'electromagnétisme

CABLECAM de HYMATOM. Figure 1 : Schéma du système câblecam et détail du moufle vu de dessus.

Electricité. Electrostatique

COMPOSITION DE PHYSIQUE ET SCIENCES DE L INGÉNIEUR. Lecteurs optiques numériques

TP 7 : oscillateur de torsion

Fonctions de plusieurs variables

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

PROBLÈMES DE RELATIVITÉ RESTREINTE (L2-L3) Christian Carimalo

MECANIQUE DU POINT. y e y. z e z. ] est le trièdre de référence. e z. où [O, e r. r est la distance à l'axe, θ l'angle polaire et z la côte

CHAPITRE IX. Modèle de Thévenin & modèle de Norton. Les exercices EXERCICE N 1 R 1 R 2

Image d un intervalle par une fonction continue

PHYSIQUE 2 - Épreuve écrite

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

Limites finies en un point

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Chapitre 5: Oscillations d un pendule élastique horizontal

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

Chapitre 2 Les ondes progressives périodiques

Travaux dirigés de mécanique du point

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Union générale des étudiants de Tunisie Bureau de l institut Préparatoire Aux Etudes D'ingénieurs De Tunis. Modèle de compte-rendu de TP.

Voyez la réponse à cette question dans ce chapitre.

Développements limités. Notion de développement limité

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

Rupture et plasticité

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

MESURE DE LA PUISSANCE

Problèmes sur le chapitre 5

CARACTERISTIQUE D UNE DIODE ET POINT DE FONCTIONNEMENT

Electrotechnique: Electricité Avion,

GELE5222 Chapitre 9 : Antennes microruban

LES APPAREILS A DEVIATION EN COURANT CONTINU ( LES APPREILS MAGNETOELECTRIQUES)

CH IV) Courant alternatif Oscilloscope.

TD1 PROPAGATION DANS UN MILIEU PRESENTANT UN GRADIENT D'INDICE

Développements limités, équivalents et calculs de limites

TD 9 Problème à deux corps

Le second nuage : questions autour de la lumière

efelec NOTES D'INFORMATIONS TECHNIQUES LES TESTS DIELECTRIQUES LES ESSAIS DE RIGIDITE ET D'ISOLEMENT

Physique - Résumés de cours PCSI. Harold Erbin

PRODUCTION, CONVERSION OU DISTRIBUTION DE L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Transcription:

CORRIGE CCP TSI 2011 sous reserves erreurs polices PROBLEME 1 MICROPHONES 1 ère partie étude d un condensateur I.1 Soit le plan infini chargé xoy. est un vecteur donc il appartient aux plans de symétrie des charges (M,, et ( M, ) : Les charges sont invariantes par translation selon Ox et Oy donc E ne dépend ni de x, ni de y Le plan z=0 est un plan de symétrie des charges donc E z (z) = - E z (-z). I.2 Eq de Maxwell-Gauss div( = = 0 en tout point hors du plan xoy Donc = 0 : le champ est uniforme de part et d autre du plan z=0 On considère un cylindre d axe z z, de rayon R, se trouvant entre les plans z et z ( z>0). Le théorème de Gauss donne : = E z (z) πr 2 E z (-z) πr 2 = 2 E z (z) πr 2 = σ πr 2 /ε 0 D où pour z>0, = ; Pour z <0, =. z x y - I.3 en z = 0 : la distribution doit être traitée comme une distribution volumique uniforme, sur une épaisseur très faible ; le plan z=0 est un plan de symétrie des charges, donc le champ en un point de ce plan doit appartenir à ce plan. Il est donc nul. I.4 Avec la convention V(z=0) = 0 : z>0, V = ; Pour z <0, V = E(z) V(z) z z I.6 en appliquant le théorème de superposition Pour z < : (M) = =[ - ( ) ( )] = z Pour < z < : (M) = =[ ( ) ( )] = (M) Pour z > d : (M) = =[ ( ) + ( )] =

I.7 entre les armatures V = ddp U = V(e/2) V(-e/2) = norme de E E = U/e I.8 U = 10 V, e = 10 µm E = 10 6 V/m il y a un grand risque de claquage du condensateur I.9 σ = U = capacité C = = AN : C = 10-10 F I.10 Densité volumique d énergie électrique w e = = I.11 Equation de Maxwell-Ampère = µo + ε o µ o Entre les armatures : la densité de courant est nulle, n est pas nul, donc n est pas nul. I.12 soit (S) le disque d axe Oz, de rayon r, délimité par le cercle (C)..dl =. ds d où B(r,z).2πr = ε o µ o πr² En utilisant les résultats précédents : B(r,z) = I.13 Densité volumique d énergie magnétique w m = = ( ) 2 I.14 les effets magnétiques sont négligeables devant les effets électriques ssi w m <<w e Soit, quel que soit r : ω²q² << ω²q² << ε o µ o S ω² << 4 ω<<c/ I.15 AN ω << 10 10 rad/s Les fréquences audibles étant comprises entre 20 et 20 000 Hz, les effets magnétiques seront toujours négligeables. I.16 i i = C puissance : P = u.i = u I.17 Energie électrique totale emmagasinée dans le condensateur : W e = ½ C u² = = = w e e S I.18 Variation d énergie électrostatique à charge constante : dw e = de = F.de d où F = La force exercée par l opérateur doit compenser l attraction électrostatique entre les deux armatures, en norme F = F a. Le vecteur force exercé sur l armature supérieure est = -.

I.19 champ créé par l armature inf sur l armature sup : = L armature sup porte la charge Q et est donc soumise à la force Q : on retrouve bien la même expression pour.

2 ème Partie Microphone électrostatique onde Q(t) -Q(t) y 0 e P a + p(t) P a y(t) I.20 Force électrique exercée par armature droite sur armature gauche = = + Le premier terme correspond à la force constante exercée lorsque l armature gauche est au repos, elle est compensée par un dispositif non représenté : seul le deuxième terme sera conservé. I.21 force de pression subie par l armature gauche : = [P a + p(t) - P a ] S = p(t) S I.22 PFD projeté sur Oy m = - ky - a + + p(t) S (1) I.23 Microphone au repos : = quand y = 0 et i = 0 Lorsque le microphone vibre, sa capacité est : C = I.24 i(t) = = car i(t) est le courant de charge du condensateur. = + R i(t) = + R I.25 en simplifiant l équation précédente : y(t) = R i(t) + q/ C o = Ri(t) + (2) I.26 en notation complexe (1) devient : m = - k - a j + + S D où = I.27 en notation complexe (2) devient = I.28 en combinant (1) et (2) : = Après calculs : = avec E 0 =

L amplitude du courant dépend de la fréquence de la surpression Pour supprimer cette dépendance on choisit R >> soit = R ; k>>aω et m, soit = k/jω et kr >> : on a alors = : le rapport i/p est bien indépendant de la fréquence. 3 ème Partie Microphone électrodynamique I.30 Lorsque la membrane bouge, la bobine conductrice est mobile dans un champ magnétique : apparition d une fem induite et d un courant induit (circuit fermé). Cas de Lorentz Force élémentaire de Laplace : = i ^ = i.dl.b = - i dl.b Résultante de la force de Laplace sur la bobine : = - i 2.B I.31Champ électromoteur dans la bobine : = ^ = ^ B =.B Fem induite e = =. dl = 2.B Loi des mailles e = R i(t) + L (3) I.32 Force de pression : = [-(P a + p(t)) + P a ] S = - p(t) S I.33 PFD projeté sur Oz m = - kz - - i 2.B - p(t) S (4) I.34 en notation complexe : 2.B = (R + = (3) I.34 en notation complexe m (jω)² = - k 2.B - S (4) D où = - I.36 en éliminant z des deux équations complexes : - 2.B = D où : = I.37 l amplitude du courant dépend de la fréquence. Pour que cela ne soit pas le cas on choisira R >> Lω, β >> mω et β >> k/ω sur la gamme de fréquence utilisée, on aura alors : =

PROBLEME II SISMOGRAPHE HORIZONTAL 1ère partie : Référentiels non galiléens II.1 Les directions des axes O 2 x 2 O 2 y 2 O 2 z 2 sont fixes par rapport aux axes O 1 x 1 O 1 y 1 O 1 z 1. On choisit souvent O 2 x 2 // O 1 x 1, O 2 y 2 // O 1 y 1, O 2 z 2 // O 1 z 1 Les dérivées des vecteurs sont égales dans (R 1 ) et (R 2 ) car ils sont en translation l un par rapport à l autre = = ) R1 = = ) R2 = ) R1 = - + D où + De même + II.2 les accélérations sont égales lorsque est nulle, càd quand O 2 a un mvt rectiligne et uniforme dans (R 1 ) : (R 1 ) est alors en translation rectiligne et uniforme par rapport à (R 2 ) II.3 (R 1 ) est galiléen si le principe d inertie s applique dans ce référentiel cad ssi tout point matériel isolé ( ou pseudo-isolé) a un mouvement rectiligne et uniforme dans (R 1 ). Exemples, dans un ordre décroissant du caractère galiléen : Copernic, Kepler, géocentrique, terrestre : ces référentiels peuvent être considérés comme galiléens si on peut négliger l effet des forces d inertie (expériences de durée «courte»), si on peut considérer leur mouvement comme rectiligne et uniforme dans le référentiel «immédiatement plus galiléen» que celui considéré. soit un point matériel isolé, en mvt dans (R 1 ) galiléen, on a alors, donc si la condition de II.2 est remplie comme ce résultat est vérifié par tout point matériel isolé, (R 2 ) est galiléen. II.4 si la condition de II.2 n est pas remplie : = m = m [ + ] Si le point M est isolé, soit, alors = -, (R 2 ) n est pas galiléen. Dans (R 2 ) la relation fondamentale de la dynamique s écrit alors m = - On pose ie = -m force d inertie d entraînement.

2 ème partie : Sismographe horizontal O II.5 Actions mécaniques sur la barre quand le sol ne vibre pas : Poids m appliqué en G de moment O = - ½ L mgsin( ) Liaison en O, de moment nul en projection sur Oz car sans frottement Frottements de moment résistant - α A l équilibre la somme des moments est nulle donc sin( ) = 0. L équilibre stable correspond à = 0. II.6 La barre est en rotation autour d un axe fixe dans un référentiel galiléen. Le th du moment cinétique projeté sur l axe Oz s écrit : J = 1/3 m L² = - ½ L mgsin( - α pour de petits angles : 1/3 m L² = - ½ L mg - α soit + + =0 Energie cinétique de la barre en rotation autour d un axe fixe E c = ½ J ² Théorème de la puissance cinétique : = (- ½ L mgsin( - a ) on obtient bien la même équation. II.7 la solution générale de l équation différentielle est de la forme exp(rt) r vérifie l équation caractéristique r² + + = 0 le discriminant est = ( ² - régime critique = 0 soit = régime pseudo-périodique < 0 soit < régime apériodique > 0 soit > C est en régime critique que le retour à la position d équilibre est le plus rapide. II.8 soit un petit élément de barre, sa masse est : dm = Il est soumis à la force d inertie d entraînement = - dm a(t), de moment par rapport à l axe Oz : d ie = [ ^ ]. = [ r ^ (- dm a(t) ) ]. = r dr a(t) cos( Moment résultant par rapport à l axe Oz : M ie = = ½ m L a(t) cos( ) Le moment de la force résultante - m a(t) appliquée en G est : dr

^(- m a(t) ) = ½ m L a(t) cos( ), on retrouve le même résultat. II.9 Théorème du moment cinétique projeté sur Oz, dans le référentiel lié au bâti : J = 1/3 m L² = - ½ L mgsin( - α + ½ m L a(t) cos( ) A l équilibre tan θ = a/g, soit θ = a/g dans le cas des petites oscillations (pas dit dans énoncé) II.10 En régime sinusoïdal permanent, en notation complexe, dans le cas des petites oscillations : [ - 1/3 m L² ω² + j α ω + ½ L mg ] = ½ m L a o e (jωt) d où θ o e jφ = D où θ o = ΙΙ. 11 Φ = - 2 arctan ( ) II. 12 fréquences faibles : ω << θ o = II.13 fréquences élevées : ω >> θ o = avec qui est l amplitude du déplacement du sol.