2/3 4/9 5 avec L =3 m 12 5.14 8.57 m L m L m kg mmm kg

ETIQUETTE
Groupe en physique (entourez) :
A/ B1/ B2/ C1/ C2/ D1/ D2/ E/ Dispensé
EXAMEN DE PHYSIQUE – PREPARATION
Consignes : ne pas détacher les feuilles – répondre uniquement dans
les cadres prévus – utiliser g = 10 m/s2 – indiquez votre nom sur les
feuilles de brouillon.
Question 1 :
Sachant que le moment d’inertie (par rapport à l’axe X) de l’objet
suivant est de 5 kg m2, calculez sa masse totale. [sa masse est
uniformément répartie]
L1=3m
2
Moment inertie tige I = mL /12
Moment inertie tige 1 I1 = m1L12/12
Moment inertie tige 2 I1 = m2L22/12
Moment inertie total Itot = I1+ I2
L2=2L1/3
5 = m1L12/12 + m2L22/12
La tige 2 a une longueur de 2/3 de L1 => m2 = 2/3 m1
m1 L12   2 / 3 m1  4 / 9  L12
12
 m1  5.14kg
5
 m  m1  m2  8.57kg
avec L1 =3 m
Question 2 :
Le skieur suivant quitte le tremplin à la vitesse v de 30 m/s.
De quelle hauteur h est-il parti ?
Quelle hauteur maximum atteindra-t-il lors de son saut ?
Après combien de temps atteint-il cette hauteur maximum
(on néglige les frottements)
h

v
30°
Le skieur a transformé son énergie potentielle de départ mgh en
énergie cinétique mv2/2
Donc h = v2/2g = 45 m
Au départ, la vitesse verticale vaut 30sin(30°) = 15m/s
Lorsque le skieur a atteint le sommet de sa trajectoire, la vitesse
verticale est nulle : 0 = 15 – gt => t = 1.5s
La hauteur vaut alors = hmax = v0t-gt2/2 = 11.25 m
Question 3 :
Le graphe suivant donne l’évolution de la vitesse d’un corps en
fonction du temps.
Que vaut l’accélération moyenne entre t=10s et t=15s ?
(Vitesse finale – vitesse initiale)/(tfinal – tinitial)
a = -25/5 = -5 m/s2
Que vaut-elle entre t=7s et t=13s ?
0 m/s2 : la vitesse initiale et la vitesse finale sont les mêmes
Quel est le signe de l’accélération en t=2s ?
Positive / Négative [entourez la proposition correcte]
Quel est l’espace parcouru entre 18 et 20 s
Il vaut d = vt = -10 m
15
10
Vitesse
(m/s)
5
0
-5
-10
-15
0
5
10
Temps (s)
15
20
Question 4 :
Un homme de 80kg saute en chute libre d’une altitude de 30 km. La
force de frottement, à cette altitude, est donnée par F = -2v
Que vaudra la vitesse maximum vmax de l’homme lors de sa chute ?
Après combien de temps aura-t-il atteint la vitesse de 0.8vmax
Lorsque l’homme a atteint sa vitesse maximum, son accélération est
nulle => Fres = 0 = mg - bvmax => vmax = 400 m/s
Il atteindra cette vitesse suivant la loi suivante :
v(t )  vmax 1  e  bt / m 
Donc on cherche t tel que
0.8  1  e bt / m
ln  0.2   bt / m
t  64.5s
Question 5:
Un tendon mesurant 5 cm au repos passe à une longueur
de 5.5 cm lorsqu’on le soumet à une tension de 100 N.
Sachant que son module de Young vaut 1000 MPa,
calculez la section du tendon.
Le module de Young = pression/déformation
/2
Pression = force/section
Déformation = 0.5/5 = 0.1
/2
 pression = 100 MPa => section = 100/108 = 1 10-6 m2
/6
Question 6:
La masse de mars est de 6.4 1023 kg et son rayon de
la vitesse à laquelle on doit lancer un corps pour
complètement à l’attraction de la planète. Comment
potentielle du corps pendant qu’il s’éloigne de la
3400 km. Calculez
qu’il échappe
évolue l’énergie
planète rouge.
On explique cela par la conservation de l’énergie mécanique
E1 représente l’énergie mécanique sur
à l’infini. Au fur et à mesure que le
transformation d’énergie cinétique en
gravité. Quand il est à l’infini, son
maximum (=0) et son énergie cinétique
E1  Ec1  G
mM mars
mM mars
et E2  G
0
R1

Or E1  E2  0 , donc Ec1  G
Ec1 
mars et E2 l’énergie
corps s’éloigne, on
énergie potentielle
énergie potentielle
est nulle.
mM mars
0
R1
2GM mars
mM mars
mvL 2
et v L 
G
 5011 m / s
2
R1
R1
mécanique
a une
de
est
Question 7 :
L’avant-bras humain a une masse de 1.2 kg. On place dans la main une
masse de 5 kg. Quelles seront alors la force exercée par le biceps
(vers le haut) et la force exercée par l’humérus (vers le bas).
0.05 m
H
U
M
E
R
U
S
B
I
C
E
P
S
M = 5 kg
CM
0.15 m
0.2 m
Question 8 :
Pourquoi la surface des alvéoles pulmonaires doit elle contenir des
molécules de surfactant ? Expliquez votre raisonnement en utilisant
la loi de Laplace.
Lors de l’inspiration, action des muscles respiratoires
=>les alvéoles se gonflent (Ri > Rrepos)
+ diminution de la pression pleurale
 P i   P repos
=> la différence de pression 
=> on ne peut pas respecter la loi de Laplace car
 P i Ri  2 
Sauf si  n’est pas constant :
 > 
i
 P i Ri  2  i
Lors de l’expiration, les alvéoles se « dégonflent » (Re < Rrepos)
+ augmentation de la pression pleurale
=> la différence de pression 
 P e   P repos
Il est dès lors impossible de respecter la loi de Laplace
On devrait assister à une collapsus des alvéoles!
 P e Re  2 
Sauf si
 > 
e
 P e Re  2  e
Cette variation de la tension de paroi est possible grâce au
surfactant pulmonaire = longues molécules sur à la surface des
alvéoles, disposées // les unes aux autres.
Question 9 :
Les reins contiennent 2.4 106 néphrons, comprenant chacun 9 107 pores
(R=6 nm, L = 50 nm et sang-urine = 1.4 10-3Ns/m2). Sachant qu’ils
filtrent 180 l de sang par jour, calculez la perte de charge du sang
lors de la filtration.
8 L
 1.381023 Pa s m 3
4
R
R pore
1.381023


 6.4108 Pa s m 3
7
6
N pores 910 2.410
R pore 
Requi
180103
Q
 2.08106 m3 / s
24 60 60
P  Q R  1300 Pa
Question 10 :
Un hypermétrope (dont l’œil mesure 2.5cm) doit utiliser des lunettes
de focale f = 45 cm, disposées 1.5 cm devant son cristallin (pour
pouvoir lire à 25 cm).
S’il ne porte pas ses lunettes, où se forme l’image d’un objet situé
à 25 cm de son œil ?
Avec les lunettes :
L’objet initial est 25 cm de son cristallin => à 23.5 cm de ses
lunettes. L’image par les lunettes est à
1
1
1
 
 q1  49.2cm
23.5 q1 45
Cette image sert d’objet au cristallin => p2 = 50.7 cm
1
1
1


 f 2  2.38cm
50.7 2.5 f 2
Sans les lunettes :
L’objet est à 25 cm du cristallin, dont la focale est 2.38 cm
1 1
1
 
 q  2.63cm
25 q 2.38
L’image se forme donc 0.13 cm derrière la rétine
Question 11 :
L’artère suivante présente au point B un rétrécissement dû à
l’artériosclérose. Alors que son diamètre en A est de 1 mm, il n’est
plus que de 0.25 mm en B. Sachant que la vitesse du sang en A est de
0.25 m/s et sa pression de 15000Pa, calculez la vitesse et la
pression en B. [sang = 1.06 g/cm3]
A
B
h=0.05 m
vA = 0.25 m/s et section(B)=section(A)/4
v 2
v 2
PA  A    g  hA  PB  B    g  hB
2 2
en A
en B
hA – hB = 0.05 m, PA = 15000 Pa
 v 2 v 2 
PB  PA   A  B     g   hA  hB   7083Pa
2 
 2
=>
vB = 4 m/s