O 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 0,01kg.m² 2 m I = + × + - Moodle

ETIQUETTE
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EXAMEN DE PHYSIQUE – PHARMA – BIO - BIOMED – JANVIER 2017 – UMONS
Consignes : ne pas détacher les feuilles – répondre uniquement dans les
cadres prévus – utiliser g = 10 m/s2 – justifiez toutes vos réponses –
indiquez votre nom sur les feuilles de brouillon.
Question 1 :
On fabrique l’objet composite suivant en collant deux masses de 100 g aux
extrémités d’un disque de masse m dont le diamètre vaut 40 cm. Une mesure
du moment d’inertie par rapport à O de cet objet composite donne I =
0,01 kg m2. Que vaut la masse m du disque ?
Le moment d’inertie totale de cet objet est
100 g
O
donné par
I tot 
m 0, 22
 0,1 0, 22  0,1 0, 22  0, 01 kg.m²
2
D’où
m = 0,1 kg.
d = 40 cm
100 g
Question 2 :
Un ascenseur a une masse de 1 tonne. Sachant que, lors de sa montée, la
tension dans le câble est égale à 11500 N, calculez son accélération.
La force totale sur l’ascenseur est donnée par
ma  Ftot   P  T  1500 N
(avec un axe de référence dirigé vers le haut). On en tire
a
1500
 1,5 m/s² .
m
Question 3 :
Le cœur du cheval au galop assure la circulation complète des trente
litres de son sang en 20 secondes. Sachant que la résistance à
l’écoulement totale du système sanguin du cheval est de 10 107 Pa s/m3,
calculez la pression moyenne qu’il doit fournir ainsi que la puissance
développée.
Le débit est donné par Q 
V
 1,5103 m 3 /s d’où P  ReQ  150000 Pa .
t
La puissance est donnée par W  PQ  225 Watts .
Question 4 :
Chez une
distance
focale f
personne
oculaire
personne myope, l’image d’un objet à l’infini se forme à une
d devant la rétine. Cependant, lorsqu’on utilise des lunettes de
= -27 cm positionnées 1,5 cm devant son cristallin, cette
voit parfaitement bien. Sachant que la longueur de son globe
est de 2,8 cm, que vaut d ?
Rappel : il est préférable de faire un dessin pour résoudre et comprendre
cet exercice.
Dans le cas où la personne porte ses lunettes, on a donc :
1
1 1
d’où la première image se formant après les lunettes est
 
 q1 f
située à q1 = -27 cm, c’est-à-dire à 27 cm à gauche des lunettes.
Cette image sert d’objet pour le cristallin, on a donc
1
1
1
où p2 = 27 cm + 1,5 cm = 28,5 cm et q2 = 2,8 cm puisque la
 
p2 q2 f c
personne voit net avec ces lunettes. On a donc fc = 2,55 cm.
Sans lunettes, les rayons de l’objet se focalisent au foyer du
cristallin : on a donc d = 2,8 – 2,5 = 0,25 cm.
Question 5 :
Un bateau percute un rocher dans un lac. Juste avant que l’eau ne
s’engouffre dans les cales, le volume immergé du bateau était de 100 m3.
Calculez la masse du bateau. Sachant qu’il commence à couler sous la
surface de l’eau après que 75 tonnes d’eau ont pénétré dans les cales,
calculez le volume total du bateau.
Avant qu’il ne percute l’iceberg, le bateau est au repos : sa force
totale est donc nulle et donc par Archimède :
mg  Vimm g  0
D’où m = 105 kg (en considérant que la masse volumique de l’eau est de
1000 kg/m³).
Lorsqu’il commence à couler sous la surface de l’eau, le volume immergé
correspond au volume total du bateau. On a par Archimède :
(m  meau ) g  Vbateau g  0
D’où Vbateau = 175 m³
Question 6 :
Le schéma suivant compare les propriétés de résistance de 3 matériaux.
contrainte
Matériau 3
Matériau 2
Matériau 1
déformation
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ? Entourez la
réponse correcte.
La déformation de rupture du matériau 2 est plus petite que celle du
matériau 1.
VRAI
FAUX
La contrainte de rupture du matériau 3 est plus grande que celle du
matériau 2.
VRAI
FAUX
La déformation limite du matériau 3 est plus petite que celle du
matériau 1.
VRAI
FAUX
Le module de young du matériau 1 est inférieur à celui du matériau 3.
VRAI
FAUX
Question 7 :
0,8 mètre


Fmur
B
A
2 mètres
La poutre homogène AB représentée ci-dessus est soutenue par un câble
contre un mur vertical. Sachant que sa masse est de 50 kg, calculez la

grandeur de la force de tension T du câble ainsi que la grandeur de la

force Fmur (exercée par le mur sur la poutre) et la valeur de l’angle .
On nomme  l’angle entre la corde et la barre et  l’angle entre la force
exercée par le mur et la barre.
On peut calculer  grâce au triangle rectangle formé par la corde, la
barre et le mur : tan   0,8 / 2 d’où   21,8 .
La force totale sur la barre doit être nulle, d’où
Fmur cos   T cos   0
Fmur sin   T sin   P  0
Le moment de force total doit être nul : en prenant comme point de rotation,
le point d’application de la force du mur, on obtient :
1.P  2T sin   0
En résolvant le système d’équations, on obtient :
Fmur = 672 N
T = 673 N
  21,8
Question 8 :
Un homme de 75kg se lance en chute libre depuis la haute atmosphère. A
cette altitude, la force de frottement peut être obtenue par la formule
Ffrot  bv 2 avec b =0,15 Ns2/m2. Calculez sa vitesse limite. En l’absence
de frottements, quelle aurait été sa vitesse après 10 secondes, et quelle
distance aurait-il parcourue ?
La vitesse limite est atteinte quand la force totale sur l’homme est
nulle :
2
Ftot  0  mg  bvlim
D’où
vlim 
mg
 5000  70, 7 m/s .
b
Sans les frottements, sa vitesse aurait été donnée par un MRUA :
v  v0  gt  100 m/s
Et la distance parcourue donnée par
h
gt 2
 500 m
2