2014

CONCOURS D'ADMISSION À L'ÉCOLE D'ORTHOPTIE
DE RENNES
CONCOURS D'ADMISSION À L'ÉCOL
SESSION 2014
DE RENNES
SESSION 2014
ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Durée : 2 heures
ÉPREUVE DE PHYSIQ
L’USAGE DE LA CALCULATRICE EST AUTORISÉ
Durée : 2 heures
L’USAGE DE LA CALCULATRICE E
Ce sujet comporte 2 exercices.
L’exercice 1 est sur 10 points, l’exercice 2 est sur 10 points.
Ce sujet comporte 3 exercic
Il sera tenu compte du soin etL’exercice
de la rédaction.
1 est sur 7 points, l’exercice 2 est sur 8
Vous devez impérativement respecter la numérotation des questions. sur 5 points.
Il sera tenu compte du soin et de la
Vous devez impérativement respecter la numé
EXERCICE 1 : LE CURLING (10 POINTS)
Le Curling est un sport de précision qui
consiste1à: Le
placer
des pierres
taillées
Exercice
Curling
(7 points)
et polies le plus près possible du centre d’une
Le est
jeu un
se déroule
une qui consiste à
Lecible.
Curling
sport desur
précision
piste de glace parfaitement horizontale. Dans
un
premier
temps,
le
joueur
et polies le plus près possible du centre d’une cible
communique un mouvement à la pierre en la
faisant
sur la glace. Puis
piste
de glisser
glace parfaitement
horizontale. Dans un
il doit la lâcher, la pierre continue alors decommunique
glisser. Le but
est
que
la
pierre
un mouvement à la pierre en la faisan
s’arrête le plus près possible du centre de illa doit
cible,
horizontale
et alors de glisse
la elle-même
lâcher, la pierre
continue
imprimée juste sous la glace.
s’arrête le plus près possible du centre de la cible
imprimée juste sous la glace.
Données : la masse d’une pierre est m = 20,0 kg, l’intensité de la pesanteur
est g = 9,81 m.s-2.
Données : la masse d’une pierre est m = 20 kg, l’in
g = 9,8 m.s-2.
Première partie : mise en mouvement de la pierre
Première partie : mise en mouvement de la pierre
Dans cette première partie, on néglige les frottements.
Dans cette première partie, on néglige les frottemen
Pour mettre en mouvement de la pierre,
le joueur la saisit par la poignée (voir
schéma ci-contre) et applique une force
horizontale constante pendant 2,00 s
puis il la lâche.
poignée
pierre
piste glacée
1. Faire un schéma (sans souci d’échelle) représentant les forces qui
s’applique sur la pierre pendant cette phase.
2. Caractériser, en le justifiant, le mouvement de la pierre.
3. La force qu’exerce le joueur a pour valeur F = 35,0 N. Quelle est la
valeur de l’accélération au début de la mise en mouvement de la
pierre ?
Exercice 2 : Un avion au décollage (8 points)
4. Quelle est la vitesse de la pierre au moment où le joueur la lâche ?
5. Quelle distance a parcouru la pierre au cours de cette phase ?
1 !
1!
ligne
le joueur
long de
l’axe la
Ox,
jusqu’à
ce A),
qu’elle
heurte
une
autre pierre
Une
foisdroite
que le
a lâché
pierre
(notée
celle-ci
a une
trajectoire
en
(notée
B) initialement
l’arrêt.
ligne
droite
le long de àl’axe
Ox, jusqu’à ce qu’elle heurte une autre pierre
(notée B) initialement à l’arrêt. Voir les schémas ci-dessous.
Deuxième partie : choc avec une autre pierre
Avant le choc :
Une fois que le joueur a lâché la pierre (notée A), celle-ci a une trajectoire en
!de l’axe
Deuxième
avecOx,
une jusqu’à
autre pierre
ligne
droite partie
le long: choc
ce qu’elle heurte une autre pierre
Deuxième
partie : chocà avec
une
autre
pierre
(notée
B) initialement
l’arrêt.
Juste
avant
le choc,Ox
la vitesse de la pierre A a
-1
i le joueur a lâché
Une
fois
que
la
pierre
(notée
A),
unelatrajectoire
pour
valeur
. Juste
après
le choc, lacelle-ci
vitessea de
pierre A aen
v A = 2,90
Deuxième
: chocm.s
avec
une
autre
pierre
A partie
pierre
B pierre
ligne
le joueur
long de
l’axe
Ox,
jusqu’à
ce A),
qu’elle
heurte
une
autre pierre
Une
foisdroite
que le
a lâché
la
pierre
(notée
celle-ci
a une
trajectoire
en
-1
pour
valeur
v fA = 1,72 m.s . Avant le choc, la pierre B est immobile et juste
(notée
B)
initialement
à
l’arrêt.
ligne
droite
le
long
de
l’axe
Ox,
jusqu’à
ce
qu’elle
heurte
une
autre
pierre
Une fois que le joueur a lâché la pierre
(notée A),
-1 celle-ci a une trajectoire en
f
après,
elle
a
une
vitesse
de
valeur
=
2,16
m.s
. Parheurte
rapport
à la
direction
v
(notée
B)
initialement
à
l’arrêt.
Voir
les
schémas
ci-dessous.
B
ligne droite le long de l’axe Ox, jusqu’à ce qu’elle
une
autre
pierre
initiale
Ox, les àdirections
(notéede
B)l’axe
initialement
l’arrêt. sont déviées de α = 48° pour la pierre A et
de β = 36° pour la pierre B. Voir les schémas ci-dessous.
Exercice
: Un avion
au décollage (8 points)
Avant le2 choc
:
Danslecet
exercice,
Avant
choc
: ! on étudie un avion à réaction qui roule lentement sur une
piste horizontale d’un aéroport. Les effets de l’air
Oxsur 3l’avion sont négligés. La
masse de l’avion! supposée constante est M = 150.10 kg.
pierre A
pierre B
Ox
1. L’avion à réaction est immobile sur la piste. Faire un schéma de l’avion
en y faisant figurer les
forces
pierre A
pierre
B qui s’y exercent.
2. À la date t0 = 0, le pilote met les gaz : l’avion éjecte alors vers l’arrière
à l’horizontale, un flux de gaz à la vitesse vg = 850 m.s-1. Expliquer
!
pourquoi
cela
met
en
mouvement
l’avion.
Une
démonstration
Exercice 2 : Un avion au décollage (8 points)
rigoureuse est attendue.
3.
Entre
les dates
t0 =un
0 avion
et t1 à= réaction
10 s, l’avion
a lentement
éjecté unesurmasse
Dans2 cet
exercice,
ondécollage
étudie
qui roule
une
Exercice
: Un
avion
au
(8
points)
m
kg
de
gaz
à
la
vitesse
v
les
frottements,
pierre
A
g = 300
g. En négligeant
Après
le
choc
:
piste horizontale d’un aéroport. Les effets de l’air sur l’avion sont négligés. La
3
quelle
serait
alors laconstante
vitesse v1 est
de l’avion
à la date
?
massecet
de
l’avion
supposée
M = 150.10
kg. t1lentement
Dans
avion
à
réaction
qui
roule
sur-1une
4. Enexercice,
réalité, àonlaétudie
date tun
,
la
vitesse
de
l’avion
est
v’
1
1 = 1,40 m.s . On
piste horizontale
d’un
aéroport.avec
Les veffets
l’air sur l’avion
sont
négligés.
La
! de
attribueà la
différence
aux
de
piste
sur
l’avion.
1 sur
3
1. L’avion
réaction
estconstante
immobile
lafrottements
piste.
Faire
un la
schéma
de l’avion
masse
de
l’avion
supposée
est
M
=
150.10
kg.
Ox
Calculer
le figurer
travail de
forcequi
de
frottements
" s’y
en
y faisant
lesla
forces
exercent.entre t0 et t1. !
t0 ett t=
l’avion
s’estmet
déplacé
avec
une accélération
a constante.
1, 0,
2.5. L’avion
ÀEntre
la date
leest
pilote
les
: l’avion
éjecte
alors vers
0
!
1.
à réaction
immobile
surgaz
la piste.
Faire
un schéma
del’arrière
l’avion
-1
Calculer
la
valeur
de
.
a
à
l’horizontale,
un
flux
de
gaz
à
la
vitesse
v
=
850
m.s
.
Expliquer
g
en y faisant figurer les forces qui s’y exercent.
6. pourquoi
Quelle est
la nature
mouvement l’avion.
de l’avion
ces dix
met endu mouvement
Unependant
démonstration
2. À
la date tcela
0 = 0, le pilote met les gaz : l’avion éjecte alors vers l’arrière
premières est
secondes ?
rigoureuse
à
l’horizontale, attendue.
un flux de gaz à la vitesse vg = 850 m.s-1. Expliquer
7.
Calculer
la
distance
par10
l’avion
entre t0a etéjecté
t.
3. pourquoi
Entre les cela
dates met
t0 =parcourue
0 etmouvement
t1 =
s, l’avion.
l’avion
une masse
en
Une1 démonstration
8. mÀg =présent,
l’avion
amorce
un virage
en
maintenant
sa
vitesse à la
300
kg
de
gaz
à
la
vitesse
v
.
En
négligeant
les
frottements,
g
rigoureuse est attendue.
valeur
v’
.
Sa
trajectoire
est
alors
un
arc
de
cercle
de
rayon
R = 50 m.
pierre
B
1
quelle serait
alors tla
vitesse v1 de l’avion à la date t1 ?
3. Entre
les dates
0 = 0 et t1 = 10 s, l’avion a éjecté! une masse
-1
Donner
les
caractéristiques
du
vecteur
accélération
pendant
le
virage.
4. m
Eng =réalité,
la date
la vitesse
est v’1 = les
1,40
m.s
. On
300 kgà de
gaz tà1, la
vitesse de
vg. l’avion
En négligeant
frottements,
attribueserait
la différence
avec vv11 de
auxl’avion
frottements
det1la? piste sur l’avion.
quelle
alors la vitesse
à la date
-1
6.4. ÀEn
uneréalité,
distance
d
=
10,0
m
avant
le
choc,
la
pierre
vitesse
Calculer
le à
travail
de
la
force
de
frottements
entre
tA0 eta tune
1.
la date
On
! .de
! m.s
-1 t1, la vitesse de l’avion est v’1 = 1,40
valeur
v
=
3,15
m.s
.
Expliquer
pourquoi
on
ne
peut
pas
négliger
les
5. attribue
Entre tA0 et
t
,
l’avion
s’est
déplacé
avec
une
accélération
constante.
a
1
la différence !avec v1 aux frottements de la piste sur l’avion.
frottements.
la travail
valeur de la
a .force de frottements entre t0 et t1.
Calculer le
!
7.5.
la
valeur
de
ladudéplacé
force
deavec
frottement
supposée
6.Calculer
Quelle
est
la
nature
mouvement
de accélération
l’avion
pendant
ces dix
Entre t0 et t1, l’avion s’est
une
constante.
a constante
!
pendant
cessecondes
10,0 m. ?
premières
Calculer la valeur de a .
8.7.Déterminer
quantitéparcourue
de mouvement
du système
constitué
des deux
Calculerest
laladistance
par l’avion
entre
t0 et
t1pendant
.
6. Quelle
la nature
du mouvement
de
l’avion
ces dix
juste avant
choc. un virage en maintenant sa vitesse à la
8.pierres
À présent,
l’avionle amorce
premières
secondes
?
2!
quantité
de trajectoire
mouvement
conserve-t-elle
au cours
du choc ? On
! 9. Lavaleur
v’1la
. Sa
estsealors
arc de
cercle
7. Calculer
distance parcourue
parun
l’avion
entre
t0 etde
t1. rayon R = 50 m.
justifiera
par
calculs précis
et2détaillés.
!
Donner
les des
caractéristiques
du
pendant
le virage.
! 2
8. Un
À
présent,
l’avion amorce
un vecteur
virage accélération
en maintenant
sa vitesse
à la
Exercice
avion
(8 points)
10.:Montrer
queaudedécollage
l’énergie mécanique
est perdue au cours du choc. Que
valeur v’1. Sa trajectoire est alors un arc de cercle de rayon R = 50 m.
devient cette
énergie ?
les on
caractéristiques
du vecteur
accélération
pendant lesur
virage.
Dans cetDonner
exercice,
étudie un avion
à réaction
qui roule lentement
une
piste horizontale d’un aéroport. Les effets de l’air sur l’avion sont négligés. La
masse de l’avion supposée constante est M = 150.103 kg.
2 2!
Troisième partie : après le choc
Après le choc, la pierre A a pris la direction du centre de la cible qui se situe à
la distance L = 18,5 m.
11. La pierre peut-elle s’immobiliser au centre de la cible ?
EXERCICE 2 : À PROPOS DES ONDES (10 POINTS)
On réalise avec un laser quelques expériences. Le laser utilisé a une
longueur d’onde λ = 700 nm.
Première partie : expérience avec une seule fente
On place, sur le faisceau lumineux, à une distance L = 20 cm du laser, une
fente de largeur a = 0,050 mm. Puis, à une distance D = 2,0 m de la fente, on
place un écran.
1. La lumière émise par le laser est-elle monochromatique ?
2. Dans quel intervalle de longueurs d’onde se situent les ondes
lumineuses ?
3. Quel phénomène observe-t-on sur l’écran ?
4. Faire le schéma du dispositif et représenter l’allure de ce qu’on
observe sur l’écran.
5. Déterminer la largeur de la tache centrale observée sur l’écran.
6. La distance L a-t-elle une influence sur la largeur cette tache,
expliquer ?
7. Comment évolue la largeur de la tache si on choisit un laser de plus
petite longueur d’onde ?
Deuxième partie : expérience avec deux fentes
On remplace la fente simple par une bifente. Les deux fentes ont la même
largeur a = 0,050 mm, et sont distantes de e = 0,100 mm.
8. Quel phénomène observe-t-on à présent sur l’écran ?
9. Dessiner l’allure de ce qu’on observe.
10. Expliquer, en détaillant, pourquoi on observe à certains endroits de
l’écran, des franges sombres. On pourra s’aider de schémas pour
illustrer les explications.
Troisième partie : dualité onde-particule
Les électrons sont des particules qui peuvent aussi se comporter comme une
onde.
Données : la masse d’un électron est me = 9,1.10-31 kg, la constante de
Planck est h = 6,63.10-34 J.s
3 11. Dans les deux premières parties, quel aspect de la lumière est mis en
évidence ?
12. Quel autre aspect existe pour la lumière ? Donner un exemple
d’expérience montrant ce deuxième aspect.
13. Quelle devrait être la vitesse d’un électron pour que la longueur d’onde
qui lui soit associée soit la même que celle du laser utilisé ?
14. Si on envoie de tels électrons, un par un, sur la bifente de la deuxième
partie, peut-on observer le même phénomène qu’avec la lumière ?
15. La durée de parcours d’un électron entre les fentes et l’écran n’est pas
tout à fait la même dans le référentiel du laboratoire et dans le
référentiel lié à un électron.
15.1. Quel est le nom du phénomène décrivant cette différence de
durée ?
15.2. Dans quel référentiel mesure-t-on le temps propre de la durée
du parcours ? Justifier.
15.3. Dans quel référentiel la durée mesurée est-elle la plus longue ?
4