Collège Notre-Dame Examen1 de physique Classe de 1 S de

Collège Notre-Dame Examen1 de physique Classe de 1ère S
de Jamhour (chapitres 3, 4 et 5 ) Durée : 90 minutes
13 / 2 / 2013
• L’usage des calculatrices non programmables est autorisé .
• Cotation : 20 points.
• Soigner la présentation.
• Sauf indication contraire toute réponse doit être justifiée .
• Dans toute cette épreuve, on se contentera de nommer la loi de Newton utilisée sans
l’énoncer .
• Respecter les chiffres significatifs
Exercice 1 (5 points) Mouvement circulaire uniforme
Le schéma n’est pas exigé
Un mobile ponctuel M se déplace sur un cercle de centre O et de rayon R = 20 cm.
Son équation horaire angulaire est donnée par θ(t) = 4,0 t + 2,0 avec θ en rad et t en s .
1. Calculer la vitesse angulaire instantanée et en déduire la vitesse linéaire instantanée.
2. Justifier que le mouvement est uniforme.
3. Déterminer son équation horaire linéaire s(t) .
4. On note : le vecteur accélération et a
rV
r
le vecteur vitesse
Quelle est la valeur du produit scalaire suivant : a
r
.V
r
?
Donner toutes les explications nécessaires .
5. Calculer le nombre de tours effectués en 2 minutes .
Exercice 2 (3 points) Bille dans un ascenseur
Une petite bille (B) de masse m = 1,0 .102 g est accrochée à l’extrémité inférieure d’un fil
inextensible et de masse négligeable . L’extrémité supérieure de ce fil est fixée au
plafond d’un ascenseur .
L’ascenseur est en mouvement descendant uniformément décéléré , la norme de son
accélération est a = 1,0 m.s-2 .
On donne g = 10 m.s-2 . Le référentiel d’étude est terrestre supposé galiléen.
Déterminer la force F
r
(direction ,sens et norme) exercée par (B) sur le fil .
Donner toutes les explications nécessaires tout en nommant (sans énoncer) la (ou les) loi (s)
de Newton appliquée(s) et faire un schéma clair (sans souci d’échelle )
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Exercice 3 (5 points) Décharge d’un condensateur dans une résistance R
On réalise le circuit électrique dont le montage est présenté ci-dessous .
À l’aide d’un système d’acquisition on relève la tension uAB aux
F bornes du condensateur C .On obtient ainsi les graphes
représentant uAB (t) au cours de la charge ou de la décharge .
Lorsque l’interrupteur est en position 1, le condensateur se charge à travers une résistance R’ , à
l’aide d’un générateur idéal de tension continue de force électromotrice E =12 V.
Lorsque le condensateur est complètement chargé , on bascule l’interrupteur en position 2
et l’on prend une nouvelle origine des temps t = 0 .
Le condensateur se décharge dans la résistance R = 500 Ω .
1. Reproduire sur votre copie la partie du montage correspondant à la décharge en fermant
l’interrupteur correspondant et en y ajoutant le sens de i arrivant sur l’armature A .
Tracer alors la flèche de tension uR en convention récepteur .S’agit-il de uFA ou de uAF ?
(Aucune justification n’est demandée pour toute cette question) .
2. Établir l’équation différentielle vérifiée par uAB lors de cette phase de décharge .
3. Établir l’expression de i(t) et tracer l’allure de la courbe i(t) lors de la décharge en précisant
l’expression littérale puis la valeur numérique de i (t =0) .
4. On souhaite déterminer graphiquement la constante de temps τ du circuit de décharge .
* Choisir le bon graphe (choix à justifier) puis reproduire sans échelle et sans valeur
numérique l’allure de ce graphe .
* Expliquer alors une méthode graphique permettant de trouver τ (le calcul n’est pas demandé)
* On trouve graphiquement τ = 110 ms environ , calculer C .
5. Lorsque le condensateur est complètement déchargé , exprimer et calculer l’énergie qui a
été dissipée par effet joule dans la résistance .
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Exercice 4 (7 points) Le skieur
Dans cet exercice ,il est question d’un skieur de masse m = 80,0 kg . Il est en mouvement sur une
piste de ski faisant un angle α = 20,0 ° avec l’horizontale , dans 2 situations .
Le référentiel d’étude est terrestre supposé galiléen .
Le skieur est assimilable à son centre d’inertie G .
On prendra g = 9,81 m.s-2 .
Les 2 parties sont indépendantes .
I. Première situation : Glissement sans frottements
Le skieur se laisse glisser , sans vitesse initiale , sur la pente (Fig.1). Dans cette situation , tous
les frottements sont supposés négligeables .
1. Faire le bilan des forces extérieures qui
s’exercent sur le skieur .
Recopier le schéma ci-contre sur votre copie
en représentant en G les forces ,
sans aucun souci d’échelle mais de façon cohérente.
2. Déterminer l’expression littérale de ax
et préciser la nature du mouvement .
(ax est la valeur algébrique de l’accélération)
Vérifier ensuite que ax = 3,36 m.s-2.
Fig. 1
3. La longueur de la piste parcourue dans cette situation est L = 150 m.
a. Quelle est la durée t1 de ce parcours ?
b. En déduire la vitesse V1x acquise au bout de cette portion de piste .
II- Deuxième situation : la descente à vitesse constante
Après sa phase d’accélération , le skieur descend la piste (toujours en ligne droite)
et à vitesse constante .
1. En utilisant la 1re loi de Newton , montrer que le skieur subit nécessairement des forces de
frottement dont la résultante sera notée f
r
.
2. Recopier à nouveau la Fig.1 en représentant en G les forces sans souci d’échelle
mais de façon cohérente .
3. Déterminer la valeur f de la force de frottement .
4. Déterminer la valeur RN ( ou N ) de la composante normale de la réaction de la piste .
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