R 4

R 4 Physique 1 h (sans calculette)
Exercice 1
Un cube de glace d'arête a et de masse volumique rg=900 kg m-3 flotte à la surface de l'eau de
masse volumique re=1000 kg m-3.
Que vaut le rapport du volume immergé de glace sur le volume totale du cube de glace ?
Réponse : A : 0,1 B : 0,3 C : 0,4 D : 0,6 E :0,9
Exercice 2
La force de résistance exercée par l'eau sur un navire a pour expression, en module F= kv3 où
v est la vitesse du navire et k une constante positive. Le moteur du navire fournit une
puissance propulsive constante P= 4 MW. Le navire atteint une vitesse limite constante v= 18
km/h..
Que vaut la constante k ?
A. 32 kg m-2 s.
B. 380 kg m-2 s-1.
C. 3200 kg m-1 s-1.
D. 6400 kg m-2 s
E. 12800 kg m-2 s.
Exercice 3

Une bille de verre de rayon r=7,0 mm est immergée totalement dans l'eau. On la lâche alors sans
vitesse. La masse volumique du verre est v= 2500 kg m-3 alors que celle de l'eau est e = 1000 kg m-3.
Quelle est la valeur de l'accélération (m.s-2 ) de la bille au moment où elle est lâchée ?
Réponse : A : 0 B : 3,0 C : 4,0 D : 6,0 E :7,5
Exercice 4
Q 1 Soit une horloge à pendule, fonctionnant parfaitement, de période T=1,0 s.
L'horloge est dans un ascenseur au niveau du sol et indique la date : 12 h 00 min 00 s. A cet instant
précis, l'ascenseur un peu fou démarre avec une accélération constante de 10 m/s².
Quand l'ascenseur passe à la côte 100 m, la date indiquée par l'horloge est :
Réponse: A : 12 h 00 min 8,9 s B : 12 h 00 min 13,3 s C : 12 h 00 min 6,3 s
D : 12 h 00 min 10,8 s
Q2 L'ascenseur précédent coupe son accélération juste au moment où il passe à la côte 100 m.
Ensuite il poursuit son ascension jusqu'à la côte 300 m à vitesse constante. A l'instant où il passe à la
côte h = 300 m, il se met à décélérer de telle sorte que quand il arrive à la côte 400 m il est à l'arrêt.
A cet instant précis la date indiquée par l'horloge est :
Réponse: A : 12 h 00 min 8,9 s B : 12 h 00 min 13,3 s C : 12 h 00 min 6,3 s
D : 12 h 00 min 10,8 s
Q3 Dans l'ascenseur précédent on remplace l'horloge à pendule par une horloge à ressort :
système oscillant que nous schématisons par un ressort horizontal de raideur k et une masse m qui
lui est accrochée.
Quand l'ascenseur passe à la côte 100 m, la date indiquée par l'horloge est :
Réponse: A : 12 h 00 min 8,9 s B : 12 h 00 min 13,3 s C : 12 h 00 min 6,3 s
D : 12 h 00 min 10,8 s

Exercice 5
On injecte dans le sang d'un patient 10 mL d'une solution contenant du 24 Na à une concentration de
1,0 10-3 mol/L. Au bout de 15 heures on prélève à notre patient 10 mL de sang. On trouve alors une
concentration de 24 Na égale à : 1,0 10-6 mol/L. Le sodium est uniformément réparti dans tout le
volume sanguin.
La demi-vie du sodium 14 est de 15 heures.
Le volume sanguin ( en L) du patient est de :
Réponse : A : 4,5 B : 5,0 C : 5,5 D : 6,0 E :6,5
Exercice 6
On étudie la propagation d'une perturbation le long d'une corde 1 élastique.
À la date t = 0 s, le front de la perturbation quitte l'extrémité S de la corde.
À la date t1= 2,4 s, on prend une photographie instantanée de la corde ; la figure ci-dessous reproduit
le cliché (simplifié) obtenu avec une échelle des longueurs.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) L’onde se propageant le long de la corde est une onde longitudinale
b) La célérité de l’onde a pour valeur 2,5 m.s-1
c) Le point Q cesse d’être perturbé à la date t2 = 4,8 s.
d) Dans les mêmes conditions d’expérience (même force de tension), mais en remplaçant la corde 1
par
une autre dont la longueur est deux fois plus importante et la masse deux fois plus faible, la célérité
augmente.
Exercice 7

Une sirène d’une ambulance émet des « bips » très brefs à intervalles de temps réguliers T. Chaque
bip donne naissance à un signal sonore qui se déplace dans l’air à la célérité V = 340 m.s-1.
L’ambulance se déplace avec un mouvement rectiligne uniforme de vitesse constante U = 72 km.h-1
vers un observateur fixe O.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) La date t1 correspondant à la réception du premier « bip » a pour expression d1/V.
b) La date t2 correspondant à la réception du deuxième « bip » a pour expression T-d2/V.
c) La durée entre les deux « bips », notée T0, est T0= T(1-U/V).
d) Si les bips sont remplacés par une onde sonore de fréquence f = 400 Hz, la fréquence perçue par
l’observateur est f0 = 425 Hz.
Exercice 8
Les électrons pénètrent en A (potentiel VA) dans un champ électrostatique uniforme E qui permet de
les accélérer et ressortent au point B (potentiel VB).On suppose que la vitesse d'entrée au point A est
quasi nulle. L'électron n'est soumis qu'à la force électrostatique F conservative à l'intérieur du canon.
On note d la longueur de la zone d'interaction. Lorsque l'électron arrive au point X (potentiel Vx), sa
vitesse est vx.

Données : Charge élémentaire e = 1,60 x 10-19C; Masse de l'électron m = 9,11 x 10-31kg ;
VA = - 4,55 x 103 V ; VB = 0 V ; d = 10,0 cm ;
Aide aux calculs : 4,55 x l,60 / 9,11 =0,800.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) Le champ électrostatique a pour valeur E = 455 V m-l.
b) Le travail de la force électrostatique F, lorsque l'électron se déplace de X à B, est W = e(Vx-VB).
c) A une constante près, l'énergie mécanique de l'électron au point X est Em(X) =½mvx2 -eVx.
d) La vitesse au point B est vB=2,00 x 107 m.s-l.
Exercice 9
Une onde périodique circulaire de fréquence f = 30 Hz est produite à la surface d'un liquide par une
pointe qui vibre de manière sinusoïdale. Les cercles représentent les crêtes, c'est-à-dire les maxima
de vibration à une date donnée.