Sauf indication contraire toute réponse doit être justifiée

Collège Notre-Dame Examen1 de physique Classe de 1ère S
de Jamhour (chapitres 2 , 4 , 5 et 6 en partie ) Durée : 90 minutes
20 / 2 / 2014
• L’usage des calculatrices non programmables est autorisé .
• Cotation : 20 points.
• Soigner la présentation
• Respecter les chiffres significatifs
Sauf indication contraire toute réponse doit être justifiée
Exercice 1 (4 points) Champs et force électriques ch2 ne fait pas partie du progr de
l’examen de cette année
La distance dAB ainsi que les vecteurs demandés seront représentés sur les schémas sans
considération d’échelle mais de façon vraisemblable.
On donne K = 9,0.109 S.I. (constante de la loi de Coulomb)
En deux points A et B distants de dAB = 20 cm, on place deux charges ponctuelles qA = - 12 nC
et qB = - 3,0 nC. Soit C le milieu de AB.
1. Représenter sur un schéma les champs créés en C par les charges qA et qB ainsi que le champ
résultant en donnant toutes les explications nécessaires et en donnant les valeurs
C
E
r
numériques des champs schématisés.
2. En déduire les caractéristiques la force électrique e F
r
qui agit sur une charge test (témoin)
q = - 2,0 nC placée en C .
Tracer sur un deuxième schéma sur lequel les champs ne seront plus représentés.
e
F
r
Exercice 2 (4 points) Mouvement circulaire uniforme
Le schéma n’est pas exigé
Un mobile ponctuel A se déplace en mouvement uniforme sur un cercle de centre O et
de rayon R = 50 cm.
La vitesse linéaire de A est Vs = + 2,0 m.s-1.
a. Le vecteur vitesse est-il constant ?
b. Calculer la valeur de la vitesse angulaire de A .
c. Quelle est la valeur de l’accélération angulaire de ce mobile ?
d. Déterminer le vecteur accélération a
r
de ce mobile (direction, sens et norme).
e. Déterminer, en unité du système international, la fréquence de ce mouvement.
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Exercice 3 ( 4 points) Accéléromètre
Un pendule est constitué d’un fil OA inextensible (de longueur constante) de masse négligeable
auquel est fixée, en A, une petite bille d’acier de masse m . ( la valeur de m n’est pas utile).
Le pendule est suspendu au plafond d’une automobile par son extrémité O .
On prendra g = 10 N.kg-1 .
La voiture est en mouvement rectiligne horizontal et uniforme, le fil est vertical.
La voiture freine, le fil s’incline alors vers l’avant de la voiture d’un angle α par rapport à la
verticale.
Nous travaillerons dans cette phase de freinage sur la route rectiligne et horizontale :
le mouvement est uniformément décéléré et a
r
est le vecteur accélération .
1. Quels sont la direction et le sens de a
r
? Tracer a
r
sur l’axe du mouvement.
2. Le système étudié est la petite bille, le référentiel est terrestre supposé galiléen et les forces
extérieures exercées sur cette bille sont : son poids P
r
et la force T
r
exercée par le fil.
À partir de la relation vectorielle traduisant la deuxième loi de Newton appliquée à la bille
montrer que le fil s’incline vers l’avant de la voiture pendant cette phase de freinage.
Un schéma clair est exigé , sans considération d’échelle mais de façon vraisemblable.
3. Calculer la valeur a (norme) de l’accélération sachant que α = 20°.
Exercice 4 ( 8 points) Au cœur d’une averse
Une petite goutte d’eau supposée sphérique, de rayon r = 1 mm, tombe de la base d’un nuage
situé à 1000 m au-dessus du sol. On suppose qu’à l’instant initial la vitesse de la goutte est nulle.
On prendra, comme origine des temps, l’instant où la goutte quitte la base du nuage et, comme
origine de l’espace, l’endroit où elle quitte le nuage.
Le référentiel d’étude est terrestre supposé galiléen ; le mouvement est vertical .
Le repère est l’axe vertical y’O y orienté vers le bas .
Données : g = 9,8 m.s-2 ; μ(eau) = 1,0.103 kg.m-3 ( μ :masse volumique)
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Rappels : masse m = μ.V avec V volume ; et V(sphère)= 3
4π. r3
Attention à votre écriture : on doit bien distinguer V (volume) et V (vitesse)
1. On suppose dans cette partie que la goutte est en chute libre.
a. Établir l’équation horaire y(t) du mouvement de cette goutte .
b. Calculer la valeur de la vitesse de la goutte lorsqu’elle atteint le sol.
Cette valeur paraît-elle acceptable ? question 1 chute libre : n’est pas ds le progr de l’ exam de 2015
2. En fait la goutte arrive au sol, après un certain temps de chute, avec une vitesse constante
appelée vitesse limite VL = 10 m.s-1.
En effet, en plus de son poids P
r
, elle est soumise à une force de frottements f
r
colinéaire
au déplacement et de sens contraire au mouvement avec f = k.r.V où k est un
coefficient à déterminer, r est le rayon de la goutte et V est sa vitesse à chaque instant .
On néglige la poussée d’Archimède .
a. En appliquant à la goutte la 2eme loi de Newton, déterminer en fonction de m, g et f
l’expression ay de l’accélération de cette goutte .
b. Cette accélération est-elle constante? Que vaut-elle à t = 0 s ?
c. L’un des schémas ci-dessous représente les forces à l’instant initial (situation A),
l’autre à un instant quelconque t (situation B) et un autre au bout d’un temps de chute plus
grand où VL est atteinte (situation C).
Associer à chaque situation le schéma correspondant.
Des explications claires et précises sont attendues.
Les schémas ne sont pas à refaire.
y
’
(1) (2) (3)
y
d. En déduire la valeur du coefficient k. Préciser son unité S.I.
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