COLLEGE DES SAINTS CŒURS Date : Mai 2012 Durée :60 min Classe : EB9 Numéro d’ordre : … /20 BAUCHRIEH Bon travail www.bauchrie.sscc.edu.lb Examen final de Physique : MECANIQUE Premier exercice. ( 8 pts ) Poussée d’Archimède. On suspend un solide ( S ) de volume V= 500 cm3 à l’extrémité libre d’un dynamomètre. Le dynamomètre indique 5N. Lorsqu’on immerge le solide dans un liquide ( L1) , le dynamomètre indique 0 N. Lorsqu’on immerge le solide dans un liquide ( L2) , le dynamomètre indique 1 N. Première expérience. 1 – Calculer la masse du solide. En déduire sa masse volumique ρs. 2 –a – Quelle est la valeur de la poussée d’Archimède F1 exercée par ( L1) sur ( S ). b – Le corps ( S ) flotte dans le liquide ( L1). Justifier c – Calculer la masse volumique ρ1 du liquide ( L1 ) si le volume de la partie qui émerge est 100 cm3. 3 –a – Calculer la valeur de la poussée d’Archimède F2, exercée par L1 ( L2 ) sur ( S ). b – ( S) est complètement immergé dans ( L2) , calculer la masse volumique ρ2 du liquide ( L2). Deuxième expérience. 4 – ( S ) est complètement immergé dans un liquide ( L3). On coupe le fil du dynamomètre, le corps ( S) flotte en équilibre au sein du liquide. a – Sans faire aucun calcul, déterminer la masse volumique ρ3 du liquide ( L3). b – Calculer le poids apparent de ( S ) dans le liquide (L3). On donne g = 10 N/kg. Deuxième exercice. ( 4 pts ) Pression exercée par un cylindre. On dispose d’un cylindre (C) de masse volumique ρ = 7,2 g/cm3 et de hauteur h = 10 cm. Sa base circulaire, de rayon r = 2 cm, s’appuie sur un support horizontal. 1. Sachant que le volume d’un cylindre est donné par la relation : V = πr 2 h , déterminer le volume de ( C ). 2. Calculer la masse m du cylindre. En déduire la valeur P de son poids. 3. Déterminer, en Pa, la valeur de la pression exercée par le cylindre sur son support. On donne g = 10N/kg. L2 Troisième exercice. ( 4 pts ) Masse volumique du liquide. Dans l'une des deux branches du même tube, on verse une quantité d'un liquide non miscible à l'eau, de masse volumique ρ. À l'équilibre, la hauteur du liquide est h = 20 cm et celle de l'eau au-dessus de la surface de séparation des liquides est h1 = 16 cm. On donne : - pression atmosphérique Patm = 76 cm de mercure . - masse volumique du mercure ρHg = 13,6 g/cm3 . - masse volumique de l'eau ρeau = 1 g/cm3 . - g = 10 N/kg. 1. Déterminer, en fonction de ρ, la pression au point C. 2. Calculer la pression au point D. 3. Les pressions en C et D sont égales. Pourquoi ? 4. Déduire la valeur de ρ. Quatrième exercice. ( 4 pts ) Principe d’interaction à distance. Les deux boules A et B de la figure portent la même charge électrique et sont suspendus l’une près de l’autre. La force électrostatique exercée par A sur B est FA/B = 5 × 10−4 N. 1. Enoncer le Principe d’interaction. 2. Donner les caractéristiques des forces d’interaction électrique entre A et B : point d’application, direction, sens et intensité. 3. Reproduire le schéma ci - dessous puis représenter ces deux forces à l’échelle : 1 cm pour 25 × 10−5 N. A B SSCC BAUCHRIEH/ Physique / corrigé de l’examen final/ EB9 / 2012 Premier exercice. 1 – P = m. g donc m = P/g = 5/ 10 = 0,5 kg Donc ρs = m/ Vs = 0,5/ 500. 10-6 = 1000 kg/m3. 2 pts 2 –a)F1= P – Pa(L1) . Or Pa(L1)= 0 N donc F1 = P = 5 N. ½ pt b) F1 = P = 5 N donc le corps ( S) flotte dans le liquide ( L1). ½ pt 3 3 c) Le volume de la partie qui émerge est 100 cm donc Vimmergé = 500 – 100 = 400 cm . F1 = ρ1 . g . V( L1 déplacé ) = ρ1 . g . Vimmergé donc ρ1 = F1/g.Vimmergé. = 5/10. 400.10-6 = 1250 kg/m3 1 pt 3 – a) F2 = P – Pa( L2) = 5 – 1 = 4 N. b) F2 = ρ2 . g . V( L2 déplacé ). Or V ( L2 déplacé ) = Vs car ( S) est totalement immergé dans le liquide ( L2). Donc : F2 = ρ2 . g . VS donc ρ2 =F2 / g. Vs = 4 / 10. 500. 10-6 = 800 kg/m3. 4 – a – ( S ) flotte au sein du liquide donc ρs = ρL3 = 1000 kg/m3 b – ( S ) flotte au sein du liquide donc la valeur de la poussée d’Archimède exercée par L3 sur ( S ) est égale a l’intensité P du poids de ( S) donc Pa ( L3 ) = 0. Deuxième exercice PRESSION EXERCEE PAR UN CYLINDRE. 1) V=πr2h donc V =3,14.22.10 = 125,6 cm3. ½ pt 2) ρ=m/v ½ pt donc m = ρ . V = 7,2 . 125,6 = 904,32 g = 0,90432 kg. ½ pt P= m.g ¼ pt donc P = 0,90432 .10 = 9,0432 N. ½ pt 3) La pression p est p = F/S . ¼ pt Or, la force pressante F est le poids P du cylindre. ¼ pt 2 La surface du cylindre est un disque : S= πr ¼ pt 2 -4 2 donc S=3,14.4 = 12,56 cm = 12,56.10 m . ½ pt -4 p = P/S donc p=9,0432/12,56.10 donc p= 7200 Pa. ½ pt . MASSE VOLUMIQUE DU LIQUIDE 104960 Pa ½ pt ½ pt ½ pt 1 pt 1 pt ½ pt Troisième exercice. 1) lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une action mécanique, le corps B exerce sur le corps A une réaction. Ces deux forces ont même direction, sens opposés et ont la même intensité. 1 pt 2) FA/B est la force électrique exercée par le corps A sur le corps B. Point d’application : centre de gravité de la boule B. Direction : horizontale. Sens : de A vers B. ¼ pt ¼ pt ¼ pt FB/A est la force électrique exercée par le corps B sur le corps A. Point d’application : centre de gravité de la boule A. Direction : horizontale. Sens : de B vers A. 3) figure. 1 pt ; L(FA/B) = L( FB/A)= 2 cm ¼ pt ¼ pt ¼ pt ½ pt Au revoir http://www.mazenhabib.webs.com