Lycée Denis-de-Rougemont Neuchâtel et Fleurier

Lycée Denis-de-Rougemont Neuchâtel et Fleurier
Nom, prénom:
Classe:
Examen de maturité
Session de juin 2005
Option complémentaire Physique
Pour obtenir la note maximale, il faut résoudre complètement cinq des six
questions proposées.
Toutes les questions ont le même poids et la note sera établie sur la base des
cinq questions clairement choisies. La question écartée ne sera pas prise en
compte dans le calcul de la note.
La solution à chaque question est à transcrire directement sous l'énoncé.

Question 1:
Une personne se penche en avant pour soulever avec les bras un poids P=300 N. Le torse
pivote autour du point A (à la base de la colonne) et est retenu en B (à la hauteur des épaules)
par un muscle exerçant une force T . On considère que le torse est représenté par une barre
homogène de longueur L et de poids Ptorse=450 N.
a) compléter le dessin en indiquant toutes les forces (direction et sens) et leur point
d'application.
b) calculer la norme de T
c) Calculer la composante horizontale RH de la force qui s'exerce en A au bas de la colonne
vertébrale. Si la personne soulevait le poids en se tenant droite, la force qui s'exercerait en A
serait égale à FA=P+Ptorse. Comparer cette force à RH. Que peut-on en déduire?
2L/3
12°
T
P
AB

Question 2:
Un plongeur se trouve à 30 m sous la surface d'un lac, équipé de son masque et de sa bouteille
d'air comprimé. A la surface la pression vaut pS=915 hPa et la température S=20°C. A 30 m
sous l'eau, la température est de 8°C. La pression de l'air dans la bouteille est égale à la
pression environnante et est donc adaptée à la profondeur à laquelle se trouve le plongeur. On
considère que la capacité pulmonaire du plongeur est de 5 litres.
a) Le plongeur a inhalé 5 litres d'air par 30 m de fond. Quelle est la masse d'air inhalé?
b) Si le plongeur remontait alors rapidement en gardant l'air inhalé dans ses poumons, quel
volume occuperait cet air en surface?

Question 3:
Antarès, une géante rouge, figure parmi les 20 étoiles les plus brillantes du ciel. Les mesures
les plus récentes (données du satellite Hipparcos), montrent que l'éclat d'Antarès est de
1,1.10-8 W/m2 et que sa parallaxe annuelle vaut 0,0054" (secondes d'arc). La couleur rouge de
cette étoile correspond à un maximum d'émission du spectre électromagnétique à 935 nm.
a) Montrer qu'Antarès se trouve à 604 années-lumière du Soleil
b) Que vaut la luminosité d'Antarès comparée à celle du Soleil?
c) Calculer le rayon de cette étoile et le comparer à celui du Soleil.

Question 4:
Il est possible qu'une personne dont le parachute ne s'est pas ouvert et qui percute le sol après
une chute libre survive au choc, à condition que celui-ci soit suffisamment bien amorti (chute
sur de la neige molle ou dans un arbre par exemple). La contrainte maximum que peuvent
supporter les tissus est de 0,5.106 N/m2.
En supposant qu'une personne de 70 kg tombe à plat sur le dos, la surface de contact étant de
1,7m X 0,28m et qu'elle survive au choc,
a) calculer la distance sur laquelle la personne s'est enfoncée dans la neige ou dans les arbres
si sa vitesse au moment de l'impact était de 62 m/s (vitesse limite de chute).
b) En négligeant les frottements, à quelle hauteur de chute h cette vitesse correspond-elle?
c) Si on ne négligeait pas les frottements, trouverait-on une hauteur plus grande ou plus
petite? Justifier en expliquant ce qu'est la vitesse limite et comment on la calculerait.