Solutions aux exercices

SUGGESTIONS AUX EXERCICES D’APPRENTISSAGE
par
André Légaré
professeur
de physique
Cégep de
Sainte-Foy
Physique SUGGESTIONS
AUX
EXERCICES
D’APPRENTISSAGE

SUGGESTIONS AUX EXERCICES D’APPRENTISSAGE
Ce document de suggestions aux exercices d’apprentissage ne contient pas toujours les
solutions complètes aux questions proposées. Certaines réponses, faciles à trouver,
sont omises ou parfois données sans la solution; d’autres réponses, plus difficiles à
obtenir sont présentées avec une démarche plus détaillée. En cas de difficulté ou
d’erreurs possibles, consultez le professeur.
0101- Quelques arguments justifiant la nécessité d’étudier la physique dans le domaine des
technologies médicales: les appareils utilisés en médecine se basent tous sur les lois et
principes fondamentaux de la physique; un(e) bon(ne) technicien(ne) connaît le principe
de fonctionnement des appareils sous sa responsabilité; les patient(e)s se questionnent
souvent sur les moyens pris pour les traiter et les technicien(ne)s sont les intervenant(e)s
très souvent les mieux placé(e)s pour en informer ces personnes.
0102 La matière constitue tout ce qui se trouve de matériel dans l’univers; l’énergie est asso-
ciée au mouvement de cette matière dans cet univers...
0103 A) énergie cinétique
B) énergie potentielle
C) énergie potentielle électrique
D) énergie thermique
E) énergie chimique
F) énergie électromagnétique
G) énergie électromagnétique
H) énergie nucléaire
0104 Une étoile filante n’est qu’un grain de poussière stellaire pénétrant dans l’atmosphère
terrestre à une grande vitesse mais très inférieure à la vitesse de la lumière car toute
particule possédant une masse au repos ne peut pas atteindre ou dépasser la vitesse de la
lumière. Exemple: les Perséïdes observables en août.
0105 Utilisons la formule d’Einstein E = mc2 où m= 1×10–3kg et c=3×108m/s. On a:
E = (1×10–3kg )(3×108m/s)2 = 9×1013Joules.
Si chaque ampoule a besoin de 3,6×105Joules pour l’allumer pendant un heure, le nom
bre total d’ampoules pouvant être allumées avec la quantité d’énergie E est:
N = Etotale ÷ Eampoule = (9×1013Joules)÷(3,6×105Joules) = 2,5×108 ou 250 millions d’am
poules! Conclusion: 1 gramme de matière contient une quantité colossale d’énergie!
0106 A) Un atome est constitué d’un noyau composé de protons et de neutrons entouré par un
ou des électrons en orbite; B) Une molécule est une combinaison d’atomes constituant
les composants chimiques; C) Un atome excité est un atome ayant absorbé de l’énergie,
ce qui a pour effet de modifier les orbites des électrons et même les états d’énergies dans
le noyau atomique; D) Un atome ionisé est un atome ayant gagné ou perdu sa neutralité
électrique par l’ajout ou la perte d’électron(s).
0107 Une radiation ionisante produit des paires d’ ions dans la matière traversée; exemple: les
rayons X ou les faisceaux d’électrons. La lumière produite par une bougie allumée ne
produit pas de radiation suffisamment énergétique pour être ionisante.
0108 Un atome ou une molécule est initialement neutre, i,e, que chaque atome contient autant
de protons dans son noyau que d’électrons tout autour. Si un électron est arraché d’un
atome par une radiation ionisante, l’atome d’une part et l’électron d’autre part devien-
nent automatiquement une paire d’ions.
0109 En 1895, Roentgen (voir page 3).
0110 La lumière bleue émise est due à la désexcitation des atomes d’hydrogène au passage des
électrons. Les électrons n’ont pas de couleur.
0111 A) électrons; B) photons; C) électrons; D) photons; E) photons; F) électrons, photons,
protons, neutrons.
1

SUGGESTIONS AUX EXERCICES D’APPRENTISSAGE
2
0201- A) Simple division, n’est-ce pas? Puisque v = ∆x/∆t, alors isolez ∆t...
Rép.: 2,47 h; B) Puisque v = ∆x/∆t, on a v = 235 km/(0,5 h) = ...Rép.:470 km/h.
0202- D’abord pendant 240 secondes (4 minutes), on se déplace à la vitesse de 1,3 m/s et on
parcourt la distance ∆x1= v1× ∆t1 = (1,3 m/s )(240 s) =312 m.
Puis, on se déplace à la vitesse de 2,5 m/s et on parcourt la distance
∆x2= v2× ∆t2 = (2,5 m/s )(120 s) = 300 m.
La distance totale parcourue est la somme des deux distances calculées en mètres.
x (m)
t (mi)
0 1 2 3 4 5 6
600
500
400
300
200
100
0
v (m/s)
t (mi)0 1 2 3 4 5 6
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0
0203- A) L’équation générale de position, pour chaque mobile, dans un MRU est:
xn = x0n + vn t.
Selon les données, dans le cas de la voiture, on a v0A= –6,0 m/s, et x0A= 60 m. Dans le cas
du camion, on a x0B = –10 m, et vB = 2,0 m/s.
L’équation de position de la voiture est donc: xA = xoA + v0At ou xA = 60 – 6,0 t
L’équation de position du camion est donc: xB = xoB + v0Bt ou xB = –10 +2,0 t
B) Le graphique ci-contre montre la droite de position de chacun des véhicules.
C) Les 2 véhicules se rencontrent là
où les 2 droites se croisent à la même
position x et au même instant t soit
Rép.: Environ 8 m de l’origine à 8,7 s.
Si l’on désire plus de précision, il faut
trouver une solution non graphique,
mais analytique (solution par calcul al-
gébrique). Puisque les 2 véhicules se
rencontrent à la même position x,
alors...
x (commun) = 60 – 6,0 t = –10 + 2,0 t
d’où, en isolant t et en introduisant
cette valeur dans chaque équation de x
on a...Rép.: 8,75 s et 7,5 m. -10
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
voiture
camion
x(m)
t(s)

SUGGESTIONS AUX EXERCICES D’APPRENTISSAGE
0204- Sachant que la lumière se déplace à la vitesse constante c = 3×108 m/s, le temps qu’elle
met pour parcourir la distance entre Saturne et la terre est:
t = s ÷ v ( ou s ÷ c) = 1,3 × 10 12 m ÷ 3×108 m/s = 4,3×103 s ou 72,2 minutes.
Nous observons l’image de Saturne telle qu’elle était il y a 1 heure et 12,2 minutes.
0205- Première voiture: on a v0A= 20 km/h, et x0A= 0 km (origine).
L’équation de position de la première voiture: xA = xoA + v0At ou xA = 0 + 20 t
Deuxième voiture: on a v0B= –30 km/h, et x0B= 100 km.
L’équation de position de la deuxième voiture: xB = x0B + v0Bt ou xB = 100 –30 t
Elle se rencontreront à la position xA = xB = 0 + 20 t = 100 –30 t
d’où 50 t = 100 ou t = 100/50 = 2 heures (car les unités utilisées ici sont
des kilomètres et des heures).
Leur position commune sera: xA = 0 + 20 t = 0 + 20 (2) = 40 km
et xB = 100 –30 t = 100 –30 (2) = 40 km.
x (m)
t (h)
0 1,0 2,0 3,0
120
100
80
60
40
20
0
0206- La meilleure façon de répondre à ce problème est de déter-
miner l’équation de position de ce corps en fonction du
temps. La position initiale de ce corps, selon le graphique
est:
x0 = – 12 m et sa vitesse est égale à la pente de la droite de
ce graphique: v = 12m/4s ou v = 3 m/s. L’équation de po-
sition est donc: x = x0 + v t =–12 + 3 t..
Répondons aux questions:
A) x = –12 + 3 t. = –12 + 3(2,0) = – 6 m/s
B) x = –12 + 3 t.
d’où t = ( x + 12) / 3 = ( –5 + 12) / 3 = 2,3 s
C) x0 = –12 m
D) v = 3 m/s (MRU)
E) v = 3 m/s (MRU)
F) x = –12 + 3 t
v (m/s)
t (s)0 2 4 6 8 10 12
6
5
4
3
2
1
0
v = cte = 3,0 m/ s

SUGGESTIONS AUX EXERCICES D’APPRENTISSAGE
0207- (laissé à votre imagination!...)
0208- Dans ce faisceau d’électrons, ces der-
niers voyagent à la vitesse voisine
de celle de la
lumière soit 2,97×108 m/s . Cela
signifie qu’en 1 seconde, on pro-
duit un faisceau long de 2,97×108 m conte-
nant alors 1,5×1015 électrons !On établit alors le nombre
d’électrons sur une longueur de 1 mètre en faisant la division sui-
vante: (1,5×1015 électrons)÷(2,97×108 m) = 5,1×106 électrons par mètre.
Note: nous verrons plus tard que cela équivaut à un courant de 0,24 milliampère.