Test des connaissances en physique - HEIG-VD

Concours d’entrée en Ingénierie, printemps 2011
Nom:
Prénom:
Test des connaissances en physique
Nom, prénom :
P1 ME : Problème de mécanique (cinématique)
Perchée au sommet d'une tour de hauteur h, une personne lance une balle avec une vitesse
v0 faisant un angle α = 30° avec l'horizontale et de module v0 = 10 m / s .
Au moment de toucher le sol, la balle a une vitesse finale v f = 38 m / s .
Après avoir fait un dessin de situation, on demande de calculer :
1) A quel instant t f la balle touche-t-elle le sol ?
2) Quelle est la hauteur h de la tour ?
3) Quelle est la hauteur maximale H (depuis le sol) atteinte par la balle
g=9.8 [m/s2] accélération terrestre
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Physique
mars 2011
Nom, prénom :
P2 ME : Problème de mécanique (dynamique)
Comme montré sur la figure ci-dessous, le Yoyo est un jouet constitué d’un cylindre
d’axe central C, de masse m et de rayon R autour duquel une ficelle est enroulée.
L’extrémité supérieure de la ficelle est maintenue fixe. Lorsqu’il est lâché, le cylindre
tombe verticalement alors que la ficelle se déroule. On admet qu’il n’y pas de
glissement et que la masse de la ficelle est négligeable.
On demande de :
1) Compléter la figure ci-dessus en y reportant toutes les forces inhérentes au
problème, puis déterminer littéralement les questions (2) à (5) :
2) Calculer la vitesse verticale v de l’axe C en fonction de la hauteur de chute h du
Yoyo
3) L’accélération verticale a de l’axe C
4) L’accélération angulaire α du Yoyo
5) La tension T dans la ficelle fixe de gauche
6) Application numérique pour 2), 3), 4) et 5) : m=150 g, R=2 cm, h=40 cm.
g=9.8 [m/s2] accélération terrestre
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Physique
mars 2011
Nom, prénom :
P3 OG : Problème d’optique géométrique
Comme le montre la figure ci-contre, un vase
en verre (n=3/2) de forme cylindrique est
rempli d’eau (n=4/3). Un rayon lumineux
ayant un angle d’incidence i par rapport à la
verticale frappe l’eau sur le dessus du liquide
et ressort sur le côté du vase.
1) cas où l’angle d’incidence est i=75°
a) dessiner clairement (en gros et sur une
figure séparée) la propagation du rayon
lumineux dans la zone délimitée par le
cercle noir (l’épaisseur du vase n’est
pas négligée)
b) calculer numériquement l’angle de
sortie 
2) cas où l’angle d’incidence i est quelconque
c) peut-on avoir une réflexion totale
interne à l’interface verre-air (=90°) ?
justifier votre réponse
d) finalement, si oui, dessiner sur votre
figure le rayon lumineux sortant.
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Physique
mars 2011
Nom, prénom :
P4 TH : Problème de thermodynamique
Une pile à combustible (générateur d’énergie électrique fonctionnant à l’hydrogène) est
alimentée par de l’hydrogène gazeux contenu dans une bouteille de 76 litres sous une
pression absolue de 200 bars à la température de 22 °C. Calculer :
1) Le nombre de moles n du gaz enfermé
2) La masse molaire M et la masse m du gaz
3) La masse volumique  de ce gaz comprimé
4) Le nombre de particules N contenues dans le gaz
5) La vitesse quadratique moyenne vQM et l’énergie cinétique moyenne de translation de
chaque particule
6) L’énergie interne U contenue dans ce gaz
Après avoir utilisé la moitié de la quantité initiale du gaz, la bouteille est exposée au
soleil et sa température monte à 47 °C.
7) Quelle est alors la pression de l’hydrogène gazeux dans la bouteille ?
L’hydrogène gazeux peut être considéré comme un gaz parfait ;
R=8.314 [J/(K mol)] constante des gaz parfaits
NA=6.022 1023 [particules/mol] nombre d’Avogadro
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Physique
mars 2011