DS Chimie et Physique n° 7

Jeudi 22 mars 2012
D.S. Chimie et Physique n° 7
Données : g = 9,81 m.s-2 (N.kg-1)
I (7 pts) Au service
Au service, un joueur de Tennis frappe, à l'instant de date t0 = 0 s, une balle de masse
m = 58,0 g à une hauteur h = 2,40 m au-dessus du sol et lui communique alors une vitesse
de valeur v0 = 116 km.h-1.
On modélise la situation en représentant la balle par un corps ponctuel en mouvement de
chute libre, c'est-à-dire dès que la balle n'est plus en contact avec la raquette.
1. Calculer l'énergie cinétique Ec(t0) et l'énergie potentielle de pesanteur Epp(t0)
de la balle à l'instant de date t0 en choisissant Epp = 0 J au niveau du sol.
2. Quelle est la grandeur physique qui se conserve au cours du mouvement ?
justifier.
3. Déterminer les valeurs de l'énergie cinétique Ec(t1) et l'énergie potentielle de
pesanteur Epp(t1) de la balle à l'instant de date t1 quand elle touche le terrain en
un point I.
4. En déduire la valeur vI de la vitesse de la balle lors de l'impact sur le sol en I.
5. En réalité, la vitesse d'impact est-elle inférieure, supérieure ou égale à la valeur
calculée précédemment ? Justifier.
II (6 pts) Champ électrique dans un condensateur plan
Un générateur permet d'imposer entre deux plaques métalliques parallèles A et B d'un
condensateur plan une tension constante U = 3600 V.
Les deux plaques sont séparées par de l'air.
1. Indiquer les caractéristiques du champ électrique E entre les plaques du
condensateur et le représenter.
2. Placer une charge q positive dans le champ électrique et schématiser la force
exercée sur cette charge.
3. Quelle est la valeur E du champ électrique quand la distance d entre les plaques
est de 10 cm.
4. Quelle est alors la valeur de la force exercée sur q si cette charge vaut 5 mC ?
5. Comment varie la valeur du champ électrique quand on rapproche les plaques A et
B sans modifier la valeur de la tension U ?

III (4 pts) Aimants
1. Quelles sont les parties remarquables d'un aimant ?
2. Quel dispositif expérimental permet d'obtenir l'ensemble des lignes de champ
d'un aimant ?
3. Donner l'allure des lignes de champ créées par un aimant droit. Comment sont-
elles orientées ?
4. Même question pour un aimant en U. Comment appelle-t-on le champ magnétique
qui existe entre les deux branches ?
IV (3 pts) Le champ de gravitation
1. Quelle est l'expression de la force qui modélise l'action s'exerçant sur un objet
de masse m présent dans le champ de gravitation d'un objet massique de masse
M ?
2. Pourquoi le champ de gravitation est-il un champ vectoriel ?
3. Pourquoi dit-on que le champ de gravitation est centripète ?