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UNIVERSITE PIERRE & MARIE CURIE
ASSOCIATION DU
TUTORAT DE PSA
SAMEDI 13 NOVEMBRE 2010
UE 3.1 : Organisation des appareils et systèmes
(1) Bases physiques des méthodes d'exploration
PHYSIQUE - BIOPHYSIQUE
Correction
1) BD
8) E
15) ACD
22) D
29) A
36) CE
2) CE
9) A
16) ADE
23) E
30) E
37) D
3) CE
10) BCE
17) E
24) C
31) AE
4) CE
11) D
18) CDE
25) A
32) C
5) B
12) C
19) BD
26) CDE
33) B
6) CD
13) CE
20) C
27) C
34) CDE
7) C
14) B
21) BDE
28) B
35) A
1
Physique
(22 QCM)
Exercice 1 (8 points) :
Chute libre d’un homme (Par Vadime)
Partie 1 : Calcul des travaux d’une force
Le trajet A et le trajet B amènent tous les deux à un point situé aux coordonnées (1,1)
Question 1 :
Réponses vraies : BD
(1 point)
Pour répondre à ces questions on doit calculer le travail de la force sur les différents trajets :
 Trajet A : y=x donc dy=dx
Wa(F)=∫Fxdx + ∫Fydy
Wa(F)= ∫(-8x²-15x²)dx + ∫(-4x²+16x)dx
Wa(F)= ∫-8x².dx + ∫-15x².dx + ∫-4x².dx + ∫16x.dx
On intègre alors entre 0 et 1 chaque membre de cette expression et on trouve :
Wa(F)=
Wa(F)=-1J
2

Trajet B : y=x² donc dy=2x.dx
Wb(F)= ∫Fxdx + ∫Fydy
Wb(F)= ∫(-8x.y-15x²)dx + ∫(-4x²+16y)dy.
Or y=x²
Wb(F)= ∫(-8x3 )dx + ∫(-15x²)dx + ∫(-4y)dy + ∫(16y)dy
On intègre alors entre 0 et 1 chaque membre de cette expression et on trouve :
Wb(F)=
Wb(F)=-1J
Question 2:
Réponse vraies : CE
(1,5 point)
Si une force est identique sur 2 trajets différents on peut seulement supposer qu’elle est
conservative. Réponse C.
En supposant que la force est conservative on peut calculer l’énergie potentielle dont elle dérive :
Fx=donc Ep=∫-Fx.dx
Ep=∫-8xy.dx + ∫15x².dx
On intègre cette expression entre 0 et x et on trouve :
Ep=-4x²y -5x3 + g(y)
Avec g(y) une fonction ne dépendant que de y
Fy = -dEp/dy donc Ep=∫-Fy.dy
Ep = ∫-4x²dy+∫-16ydy
On intègre cette expression entre o et x et on trouve :
Ep = 4x²y -8y² -h(x)
Avec h(x) une fonction ne dépendant que de x
En comparant ces 2 résultats on trouve que g(y)=8y² et h(x) = -5x3 et donc :
Ep = 4x²y + 5x3 -8y²
3
Partie 2 : le grand saut
Question 3 : Cocher la ou les réponse(s) vraie(s)
Réponses CE
(1 point)
A. Si un corps a une accélération nulle alors sa vitesse est forcément nulle : Faux s’il a une
vitesse constante son accélération est nulle pourtant il a une vitesse (et oui ).
B. Un corps en chute libre n’est soumis qu’à son poids dans tous les cas Faux il peut aussi être
soumis aux forces de frottements
C. Le moment d’une force est l'aptitude d'une force à faire tourner un système mécanique
autour d'un point donné Vrai
D. En unité SI le Newton a comme écriture MLT-1 Faux M.L.T-2
E. Un système mécanique peut avoir une accélération positive et une vitesse constante. Vrai
un objet en orbite peut avoir une vitesse constante alors qu’il a une accélération positive
Question 4 :
Réponse C et E
(0,5 point)
Ici il suffit de faire une équation aux dimensions :
[k].[v]=[F]
[k] .L.T-1=M.L.T-2
[k]=M.T-1
Question 5 : Ici on applique le principe fondamental de la dynamique (PFD) :
Réponse B
(1 point)
P=ma or P=mg et l’axe est orienté vers le bas donc
a=g= par intégration on trouve que v(t)=gt + C (constante d’intégration qui vaut 0) pour
g=10m.s-2
Donc To=320/10=32 secondes
Question 6 :
Réponses : CD
(1,5 point)
Tout d’abord la masse m du parachutiste doit prendre en compte son scaphandre ! Il a donc
une masse de 90+30 = 120 kg
On utilise de nouveau le PFD :
P+f=ma on projette sur l’axe (OZ) orienté vers le bas :
4
On est ici en présence d’une équation différentielle linéaire de premier ordre je vous conseille
d’apprendre sa résolution par cœur car elle revient souvent en mécanique et aussi parfois en
chimie générale (Elle en a sauvé plus d’un ! A ne pas négliger !!!)
On est en présence d’une équation de cette forme : y’=ay+b sa résolution est de la forme
avec C une constante que l’on détermine à partir des conditions initiales
Donc
On sait que à t=0 v=0 donc v(0)=0=
Donc
On remplace dans l’expression initiale
bien la réponse C en factorisant.
C par son expression et on obtient
Question 7 :
Réponse C
(1 point)
On utilise exactement le même raisonnement que dans la question précédente jusqu’à obtenir :
Ici a To on sait que le parachutiste avait une vitesse Vo de 320m/s :
On remplace ensuite C dans :
et on obtient :
Question 8 :
Réponse E
(0,5 point)
Pour calculer la vitesse limite il y a 2 méthodes :
- Soit on calcule la limite de la vitesse :
et vous mourrez d’une
violente attaque (sssssélection !).
- Ou bien vous êtes plus intelligent que vos camarades (ssssélection again) et vous êtes allés au Tuto
et vous connaissez la technique ultime pour calculer les vitesses limites : On applique le PFD et on
obtient :
P+f=ma or quand la vitesse limite est atteinte il n’y a plus d’accélération donc on obtient une
équation bien plus digeste : mg=kV(l) donc V(l)=120.10/100=12m/s
Remarque : J’espère que ce tuto vous aura appris mieux comprendre certains principes en
mécanique. Ne négligez surtout pas la physique : plein de gens on eut leur concours grâce à cette
sainte matière de réflexion au milieu de la foule de matières à bourrage de crâne. Bon courage à
vous, tenez jusqu’au bout ne relâchez jamais la pression car rien n’est jamais joué !
5
Exercice 2 (6 points) :
Champ magnétique (Par Pierre)
Question 9 :
Réponse A
(0,5 point)
Cf cours.
Apprenez à gagner des points faciles là où il y en a !
Question 10 :
Réponses B, C et E
(0,5 point)
A et B : Cf cours.
C:
sont colinéaires leur produit scalaire est donc nul.
D : Le point M n’existe pas il manque un indice au M. Uniquement de la lecture d’énoncé.
Question 11:
Réponse D
(1,5 point)
Le courant I parcourant la longueur dl du fil exerce une force :
dF = I.dl ^B
B représentant le champ magnétique provoqué par le parcours du courant dans l’autre fil.
D'après la loi d'Ampère, le module de B vaut : B =
On en tire la grandeur de la force : dF =
.dl
La force par unité de longueur
est alors :
=
6
Pour les deux valeurs différentes de I, on peut écrire le rapport :
=
=9
En appliquant le principe d’action-réaction seule la réponse D est correcte.
Question 12 :
Réponse C
(1 point)
Le champ sur l'axe d'un solénoïde est donné par B =
n I où n est le nombre N de spires du
solénoïde, divisé par la longueur L de celui-ci. N est égal à la longueur totale de fil divisée par la
longueur de la circonférence. Le courant I nécessaire pour obtenir le champ B donné est :
I=
=
= 13,26 A
Question 13 :
Réponses C et E
(1 point)
La force de Lorentz est F = q v ^ B. Elle est toujours perpendiculaire à v et à B. La trajectoire est une
circonférence dont le rayon est donné par la relation :
m.
. =
B
avec
=
.
On en tire :
D’où :
=
=
=
=
Question 14 :
Réponse B
(1,5 point)
Une charge placée dans un champ électrique E et un champ magnétique B subit la force de Lorentz
donnée par :
F = q (E + v ^B)
Si on se place dans une zone où seul règne le champ B, la force est perpendiculaire à la vitesse v
puisqu'elle est proportionnelle au produit vectoriel de v et B. Le mouvement dans le champ
magnétique est donc un mouvement circulaire uniforme sous l'influence de la force centripète q v B.
Dans ce type de mouvement périodique, on peut écrire : m. .R = q.v.B avec v = .R
Ainsi :
m. = q.v.B ou encore v =
7
.
La vitesse acquise par une particule chargée soumise à une différence de potentiel V peut être
déterminée soit en écrivant l'équation du mouvement et en la résolvant, soit en notant que la
variation d'énergie cinétique est égale au travail des forces, ce qui peut s'écrire :
= q.V
Des relations que nous venons d'écrire nous tirons :
V=
=
=
. B².R² = 0,5 .
.(0,3)².(0,3)² = 1,215.
V
Exercice 3 (6 points) :
Ondes et piscine (Par Eric)
Question 15 :
ACD
(0,5 point)
A.
B.
C.
D.
E.
Vrai, c’est une des caractéristiques de base d’une onde mécanique.
Faux, une onde ne transporte pas de la matière mais de l’énergie
Vrai
Vrai, la vitesse de l’onde est directement en rapport avec les caractéristiques du milieu
Faux, dans ce cas on dit que l’onde est transversale
Question 16 :
ADE
(0,5 point)
A. Vrai, sachant que la période T est l’inverse de la fréquence. On fait :
B. Faux, en ns cela donnerait :
C. Faux, sachant que la longueur d’onde peux se calculer par
,
on en déduit que
D. Vrai
E. Vrai, cette pulsation s’exprime en
, ce qui est équivalent à des
.
Question 17 : Quelle est la distance D (en m) séparant l’étudiant de la certaine personne ?
E
(1 point)
En 12 ms, l’onde fait un Aller et un Retour. Donc elle met 6ms pour parcourir la distance D.
Après cette précision, c’est une question bateau !
Sachant que
, on en déduit que
, soit
8
Question 18 : L’onde incidente au contact de la certaine personne s’écrit :
CDE
(0,5 point)
A. Faux, On vous donne la fonction d’onde. Il suffit de l’appliquer au point de contact avec la
certaine personne (situé à la distance D). C'est-à-dire de remplacer x par D !!
B. Faux
C. Vrai, la fonction cosinus est une fonction paire !
D. Vrai
E. Vrai, c’est une des formules de trigonométrie :
Question 19 : L’onde réfléchie au point P d’abscisse x a alors pour expression :
BD
(1 point)
Démonstration :
On sait qu’à la distance D l’onde réfléchie à pour expression :
Ainsi,
, avec
le temps mis par l’onde réfléchie pour aller du point
situé à la distance D au point P. Ce temps est précédé d’un signe négatif car le point à la distance D
vibre avant (à un « temps antérieur ») le point P.
Donc si on remplace, on retrouve :
Avec
(cf cours)
Question 20 : L’onde résultante au point P d’abscisse x s’écrit :
C
(1 point)
Démonstration :
On est actuellement en présence de deux ondes (une incidente et une réfléchie) dont on connait les
équations :
Onde incidente :
Onde réfléchie :
Avec les rappels de formules de trigonométrie, il suffit de sommer les deux équations pour
déterminer celle de l’onde résultante.
Formule à utiliser :
9
Question 21 :
BDE
(1 point)
A. Faux, on est en présence d’une onde stationnaire, l’amplitude ne doit donc pas être
dépendante du temps. Il suffit donc d’extraire de la formule de l’onde stationnaire, la partie
indépendante du temps :
B.
C.
D.
E.
Vrai
Faux, voir cours !
Vrai
Vrai, voir cours
Amplitude de l’onde stationnaire
Question 22 :
D
(0,5 point)
Même si l’effet Doppler n’est pas à votre programme cette année, cela n’empêcherait pas les
profs de physique de vous en mettre au concours, en vous donnant comme ici, la formule ! C’est
pourquoi, pour vous éviter d’être éventuellement déstabilisés au concours par une nouvelle formule,
j’ai décidé de vous montrer au moins la formule et une application de cet effet Doppler.
Cette formule a l’air compliquée, en fait, il n’y a rien dedans ! Elle permet dans le cas présent de
simplement calculer le , connaissant les autres données.
On trouve que
, une valeur raisonnable dans une piscine.
On se souvient que 9 mètres séparent les deux individus et qu’il lui faut 2 secondes de réaction.
A une vitesse de
, la personne parcourt donc les 9 mètres en 18 secondes. Moins les
2 secondes de réaction, il lui reste 16 secondes pour s’extirper et fuir pour sa vie ! ;-)
10
Quelques bides…
Un homme se réveille dans son lit d'hôpital après être y avoir été admis suite à un terrible accident
de voiture. Il s'écrie:
- Infirmière, infirmière... C'est horrible, je ne sens plus rien quand je touche mes jambes !"
- Oui, je suis désolée, monsieur, mais on a du vous amputer des deux mains, répond l'infirmière.
C'est une femme qui se rend chez son docteur. Elle se plaint d'avoir des poils sur la poitrine. Le
médecin lui demande:
- Montrez-moi donc ça... Ah oui effectivement ... Mais jusqu'où cela descend-il ?
- Hé bien jusqu'aux couilles, docteur...
Le chirurgien à un malade:
- J'ai une bonne nouvelle et une mauvaise nouvelle. Laquelle voulez-vous entendre en premier ?
- D'abord la mauvaise, répond le Malade.
- On a du vous couper les deux jambes...
- Hein ? Quoi ? Ben merde, alors ! Et quelle est la bonne nouvelle ?
- Votre voisin veut vous acheter vos pantoufles !
11
Biophysique
(15 QCM)
Exercice 1 :
Equilibre hydrosodé post-WEI
QCM 23 : Réponse E
Avant la régulation rénale on a un déficit sodé de valeur :
ΔnNa+ = - 140 mmol de NaCl.
Or ΔnNa+= Δ(cVTot) = c’VTot – cVTot
Donc – 140 = c’ 42 – 140*42
D’où c’ = 136,7 mmol/L
(VTot=volume d’eau totale)
QCM 24 : Réponse C
L’hyponatrémie ici est due au déficit sodé donc hyponatrémie de déficit.
QCM 25 : Réponse A
On a cVic = cte
Donc : cVic=c’Vic’
Vic’= (c/c’)Vic= (140/136,7)Vic
Vic’>Vic donc Ve<Ve’ (en effet VTot est constant)
Il s’agit donc d’une hyperhydratation intracellulaire et déshydratation extracellulaire.
QCM 26 : Réponses C, D et E.
La boucle de contrôle du bilan hydrique (BBH) a pour but de rétablir le volume intracellulaire normal,
en faisant varier le stock hydrique et pas le stock sodé.
Pendant son intervention, les stocks d’osmoles IC et EC ne varient donc pas.
Le stock d’osmoles IC est le même que dans les conditions normales d’hydratation ; pour rétablir le
Vic normal, la BBH rétablit l’osmolalité efficace normale, à la fois du côté IC que du côté EC. La
natrémie revient donc également à la normale, en passant de 136,7 mmol/L à 140 mmol/L  E est
vrai.
Le Vic est alors revenu à la normale, et a donc diminué.  A est faux.
De plus, le stock d’osmoles EC ayant baissé par rapport aux conditions normales d’hydratation, pour
rétablir l’osmolalité efficace normale sans faire varier le stock sodé, il faut donc que le Ve diminue
encore.  B faux, C vrai.
Au final, la BBH aura donc fait diminuer le Vic et le Ve : elle aura donc diminué le stock hydrique en
faisant excréter de l’eau par les urines : l’hormone antidiurétique, qui empêche la diurèse, aura donc
été inhibée  D est vrai.
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Exercice 2 :
L’ECG
PARTIE 1
QCM 27 : Parmi les ECG, lequel correspond à un cœur dont le nœud sinusal a souffert d’une ablation
complète :
A – Faux.
B – Faux.
C - Vrai : car l’onde P n’est pas présente.
D – Faux.
E – Faux.
QCM 28 : Parmi les ECG, lequel correspond a un cœur qui souffre d’un BAV (bloc auriculoventriculaire), donc d’une absence de conduction de l’impulsion électrique aux ventricules :
A – Faux.
B - Vrai : car on observe une absence de complexe QRST.
C – Faux.
D – Faux.
E – Faux.
QCM 29 : Parmi les ECG, lequel correspond à une bradycardie sinusale:
A - Vrai : un battement du cœur s’étend sur plus de 5 grands carreaux.
B – Faux.
C – Faux.
D – Faux.
E – Faux.
QCM 30 : Parmi les ECG, lequel est caractéristique d’une tachycardie :
A – Faux.
B – Faux.
C – Faux.
D – Faux.
E - Vrai : car un battement s’étend sur moins de 5 grands carreaux.
PARTIE 2
QCM 31 : L’onde de forme inhabituelle est celle qui se trouve après l’onde T. Elle correspond à une
dépolarisation ventriculaire car elle n’est pas précédée par une onde P. C’est une extrasystole.
A - Vrai c’est une onde QRS ectopique ventriculaire car elle est plus large qu’une onde QRS
normale.
B - Faux – origine ventriculaire, amplitude >0,25mV.
C - Faux car elle est suivie par une extrasystole ventriculaire.
D - Faux, la repolarisation auriculaire n’est pas visible sur l’ECG.
E – Vrai.
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QCM 32 : L’extrasystole ventriculaire suggère la présence d’un foyer ectopique.
A - Faux : le défibrillateur n’est pas indiqué car il ne s’agit pas d’une arythmie (d’ailleurs le rythme est
très régulier, a part l’extrasystole), ni de fibrillations ventriculaires.
B - Faux : le pacemaker n’est pas indiqué car pas d’arythmie.
C - Vrai : l’intervention de radiofréquence permet la destruction du foyer ectopique.
D - Faux: le rythme cardiaque est déjà plus lent que la normale.
E - Faux : l’anticoagulant n’a aucune action sur le foyer ectopique.
QCM 33 : L’onde T fait un pic plus saillant que la normale. Cela est caractéristique d’une
repolarisation ventriculaire anormale.
A – Faux.
B – Vrai Il est très fin et suit directement l’onde P
C - Faux la repolarisation atriale est toujours cachée par le complexe QRS.
D - Faux la repolarisation est anormale, elle dépasse 0,5mV, sa durée est normale (5 petits carreaux).
E – Faux : il s’agit d’une onde T anormale et non pas d’un complexe QRS anormal : donc exclusion du diagnostic
de bloc de branche.
PARTIE 3
QCM 34 : L’image parle d’elle-même...
A - Faux : pour 2 raisons : sur l’ECG on
enregistre l’activité électrique du cœur et non
pas l’activité mécanique (on ne voit pas de
contractions !!) ; en plus le complexe QRS est
simultané à l’excitation ventriculaire qui
précède la contraction..
B - Faux : à l’excitation atriale.
C – Vrai.
D – Vrai.
E – Vrai.
QCM 35 :
A - Vrai : la distance entre 2 ondes R est
d’approximativement 7 grands carreaux (=1,4s)
 60/1,4 = 42. On prend la différence entre 2
ondes R parce que c’est la contraction des
ventricules qui est vraiment importante pour
l’organisme, la fréquence cardiaque est considérée égale au pouls. De plus, un patient peut vivre avec des
auricules en fibrillation pendant une période assez longue en ayant un pouls normal. Par conséquent, la
fréquence se calcule à partir de la distance entre 2 ondes R..
B – Faux.
C – Faux.
D - Faux : on voit bien l’onde P.
E - Faux : l’onde P est bien visible, régulière, le nœud sinusal « bat » a 80 pulsations/minute.
QCM 36 : Parmi les propositions suivantes, choisissez celle (ceux) qui est (sont) correcte(s) :
A - Faux : on observe qu’en DIII les ondes R et S sont de même amplitude  axe QRS perpendiculaire
a DIII  axe QRS approx. 30 degrés.
B - Faux : c’est un axe tout à fait normal.
C - Vrai : L’axe électrique du cœur de ce patient est compris entre 30° et 60º.
D – Faux.
E – Vrai.
14
QCM 37 : L’ECG de ce patient témoigne de :
A - Faux : onde T normale.
B - Faux : pas d’image en miroir, segment ST isoélectrique.
C - Faux : il n’y a pas d’allongement du segment PR.
D - Vrai : à peu près une fois sur deux on voit que l’onde P n’est pas suivie d’un complexe QRS.
E- Faux : on observe quand même une régularité, les ventricules ne se contractent pas de façon
indépendante, ils restent quand même sous le contrôle du nœud sinusal.
15