EXERCICE N°1 Un solide de masse m glisse sur un

Sélection FESIC 1997 Epreuve de Physiqu
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Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 1/15
EXERCICE N°1
Un solide de masse m glisse sur un plan incliné d’un angle a au dessus de l’horizontale. Sa
trajectoire est dirigée suivant la ligne de plus grande pente. Au passage au point A, sa vitesse
VA est égale à 2,00 m.s-1. Au passage au point B, sa vitesse VB est égale à 2,83 m.s-1. Il existe
un frottement solide, la force de frottement a une valeur constante.
Données : m = 200 g ; AB = 50 cm ; a = 30° ; g = 10 m. s-2
cos 30° = 0,87 ; sin 30° = 0,5 ; 2 832 , ≈ 8.
a) La direction du vecteur accélération du solide est verticale.
b) La valeur de l’accélération du solide est égale à 1 m. s-2.
c) La valeur de la force de frottement est égale à 0,2 N.
d) Du fait de la force de frottement, le solide finira par s’arrêter.
EXERCICE N°2
Un véhicule, de masse m = 1,25 tonne, lancé à la vitesse v = 25 m/s (soit 90 km/h) parcourt
avant de s’immobiliser une distance qui est fonction du coefficient d’adhérence k des roues
sur le revêtement routier.
Ce coefficient d’adhérence est défini par :
k
f
P
= avec : f force de freinage maximale
P poids du véhicule.
Sur route sèche : k1=06,.
Sur route mouillée :
k
2=0,2.
Le temps de réflexe du conducteur est de 0,5 s.
Données : g=´=
-
10 25 25 625 625
12
2
ms. ≈ 52
A. Le conducteur utilise la force de freinage maximale.
a) En tenant compte du temps de réflexe du conducteur, la distance maximale parcourue par
la voiture sur route sèche avant de s’immobiliser est de l’ordre de 65 m.
b) Sur route mouillée, cette distance est multipliée par trois.
B. On suppose que le conducteur n’utilise pas la force de freinage maximale. Le véhicule
s’arrête après un parcours de 75 m sur route sèche.
c) Sur route sèche, pendant la phase de freinage, la valeur de l’accélération est 2,5 m.s 2-.
d) Dans les conditions précédentes, la valeur de la force de freinage est 6250 N.

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EXERCICE N°3
Un satellite artificiel de la terre, assimilable à un solide ponctuel, décrit une orbite circulaire
dans le plan de l’équateur terrestre. Le centre de la trajectoire du satellite coïncide avec le
centre de la terre. Ce satellite comme la terre, tourne d’est en ouest. La période de révolution
du satellite est T.
Données : altitude du satellite par rapport au sol h = 640 km
rayon de la terre
R
T
=6400 k
m
valeur de la pesanteur au sol g0=
-
98 2 ,.ms
Remarque : RT + h = RT + 0,1 RT.
a) Le mouvement du satellite est uniforme.
b) Si l’altitude du satellite était multipliée par deux, sa période de révolution serait alors
T
22/3 ´.
c) La vitesse du satellite sur sa trajectoire est v1,1 R
g
T
0
= .
d) La période T du satellite est supérieure à une heure.
EXERCICE N°4
Un solide, pratiquement ponctuel, de
masse m=100 g se déplace sans
frottement le long de la piste ABCDE.
AB est une gouttière rectiligne, inclinée
d’un angle q = 60° sur le plan horizontal.
L’altitude du point A, sur l’axe vertical
Oz , est h==OA
m
040,. BE est une
portion de cercle de rayon R = 30 cm.
Au point M, l’angle (¢
OC, ¢ OM) est
noté a.
Le solide est lâché sans vitesse initiale
du point A.
g = 10 m.s-2.
a) Le solide atteint le point E.
b) En C, la vitesse linéaire du solide est v5,0m.s
1
=
-.
c) Au point M, la vitesse linéaire du solide est v26cos
M=+ a .
d) Au point M, la réaction de la piste est R=-+mcos 6 g 2aaf.

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EXERCICE N°5
a) La valeur de la vitesse de la bille au passage par la position d’équilibre a pour expression
littérale v2gcos
0
=lq.
b) Au cours du déplacement AS, le travail de la tension
T
®
du fil est l’opposé du travail du
poids
P
®
de la bille.
c) L’accélération tangentielle au passage par la position d’équilibre est aS dv
S
d
t
0
tafaf
==.
d) Il faut communiquer au pendule une énergie mécanique E5
2mg³l pour permettre à la
bille, initialement située en S, d’atteindre la position ¢
S
, le fil restant toujours tendu.
EXERCICE N°6
Un dispositif expérimental est constitué d’un fil inextensible de masse négligeable, de
longueur l, et d’un petit solide S, de masse m, fixé à l’une de ses extrémités.
Données : m=20 g ; p2 ¾ 10 ; sin 10 0 17°= , ;
cos
10 0°= ,98 ; tan 10 0 18°= , ;
g=
-
10 2 ms. ; 5 ≈ 2,2.
Le dispositif est utilisé en pendule simple.
On prend l=50 c
m
et l’amplitude angulaire égale à 10°.
a) La période des oscillations est voisine de 1,4 s.
b) La période de ce pendule simple est indépendante de l’amplitude des oscillations, car
celle-ci est petite.
c) La masse m ayant un mouvement circulaire, le produit v
®.a ® est nul (v ® étant la vitesse de la
masse m, et a
® son accélération).
On fait tourner le dispositif dans un plan vertical à la façon d’une fronde. On prend l=50 c
m
.
Au point le plus bas, la vitesse du solide S est v0 .
d) Pour que la rotation ait entièrement lieu, il faut que v0 soit au moins égale à 3,2 m.s 1-.
Un pendule, constitué par une petite bille de masse
m = 100 g fixée à l’extrémité d’un fil de longueur l=1
m
,
oscille dans un plan vertical avec une amplitude angulaire q0.
On néglige les frottements.

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EXERCICE N°7
Soient deux pendules électrostatiques, P
1
bg
et P2
bg
, de forme identique, chargés tel que
q1=
-
10 9C et qq
2
1
=-
9.
e0 désignant la permittivité du vide, la constante 1
40
pe
vaut 910
9
´SI..
A. Dans une première expérience, on observe la disposition suivante :
a) La force électrostatique exercée par P
1
bg
sur P
2
bg
est neuf fois plus intense que celle
exercée par P
2
bg
sur P
1
bg
.
b) La valeur de la force électrostatique
F
PP
12
bgbg
® est égale à F 10 N
1
7
=
-.
B. Dans une deuxième expérience, on provoque le contact entre les deux boules de charges
respectives q1 et q2.
On admet la conservation de la charge totale du système, et on admet que celle-ci se répartit
identiquement sur les deux boules.
On observe alors la nouvelle disposition des deux pendules :
c) Les deux nouvelles charges ¢ q1 et ¢ q2 sont positives.
d) La nouvelle valeur
F
2 de la force d’interaction électrique est telle que
F
F
4
9,
2
1
=
F
1 désignant la valeur de la force d’interaction électrique dans la première expérience.

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EXERCICE N°8
Données :
Composante horizontale du champ magnétique terrestre : B
H
=´
-
210
5T ; 37 ´ p ¾ 116 ;
sin 30° = 0,5 ; cos 30° = 0,87 ; tan 30° = 0,58 ; mp
0
7
410=´
-SI..
a) · Le champ magnétique
B
®
est constant.
· Le champ magnétique
B
®
est uniforme.
Les deux propositions précédentes sont équivalentes.
On fabrique un solénoïde à spires jointives en enroulant une seule couche d’un fil conducteur
isolé. Le diamètre extérieur du fil (isolant compris) est égal à d.
On fait circuler dans le solénoïde un courant continu d’intensité I.
b) Alors à l’intérieur du solénoïde règne un champ magnétique dont la valeur est égale à :
410
I
d
7
p´´
-.
Un solénoïde de 500 spires jointives, de rayon R = 2 cm, mesure 20 cm de long. En son centre
est placée une petite aiguille aimantée. L’axe du solénoïde est horizontal, l’aiguille peut
tourner dans un plan horizontal. Le solénoïde est parcouru par un courant d’intensité I.
En l’absence de courant dans le solénoïde, l’aiguille aimantée est orientée
perpendiculairement à l’axe du solénoïde.
c) On fait passer un courant d’intensité I = 3,7 mA, l’aiguille tourne d’un angle de 30°.
d) On recommence l’expérience avec deux solénoïdes ayant les mêmes caractéristiques,
placés en série et bout à bout ; l’aiguille aimantée tourne alors d’un angle supérieur à 30°.
EXERCICE N°9
Entre les armatures verticales A et B d’un condensateur,
on applique une tension UAB positive.
Entre les armatures, on place une charge électrique q .
Cette charge q est une petite goutte d’huile électrisée de
masse m qui possède un excédent de 106 électrons.
UAB =105 V ; d = 1 cm ; l = 20 cm ; m = 0,2 mg ;
charge électrique élémentaire : e=´
-
16 10 19 ,C ; g=
-
10 2 ms..
a) Le sens du champ électrique créé entre les armatures dépend du signe de la charge q.
b) La goutte d’huile subit une force de valeur égale à 1,6 10 N
6
´
-.
c) Abandonnée à elle-même, la goutte d’huile subit une accélération de valeur égale à
8m.s 2-.
Les plaques sont maintenant horizontales. On veut maintenir la goutte en équilibre.
d) Il faut placer la plaque A au-dessus de la plaque B et augmenter la tension
U
AB pour
obtenir cet équilibre.
d
q
A B
l