BIOPHYSIQUE L0 / L1 Mécanique du point
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BIOPHYSIQUE L0 / L1
Mécanique du point – QCM inédits - Corrigés
Question 1 :
Une personne se penche pour soulever une caisse posée sur le sol.
Les forces s’appliquant sur le corps de cette personne sont les suivantes :
·T : tension du muscle dorsal
·PC : poids de la caisse de masse 10 kg
·Pt: poids du tronc, de masse 25 kg
·R : résistance exercée par le bas du corps en un point de rotation O (hanches)
On donne q = 25° et L = 90 cm. On prend g = 10 m/s²
Quelle est la valeur de la tension T1 du muscle dorsal en position courbée ?
A
:
225 N
B
:
560 N
C
:
1
5
7 N
D
: 710 N
E
:
315 N
F
:
444
N
Correction :
ℳ
⃗
=0⟺ℳ
⃗
+ℳ
⃗
+ℳ
⃗
+ℳ
⃗
=0
ℳ
⃗
=0 car
⃗
appartient à l’axe 0
D’où : ×+×
−×
sin=0
2
=×+×
2
3
4sin=×+
2
3
4sin=4+
2
3sin
=410 × 10 + 25 × 10
2
3sin25° ⟹=−é
Question 2 :
La même personne choisit à présent de s’accroupir pour ramasser la caisse.
Les valeurs des forces T, PC, Pt, et R s’exerçant sur le corps de cette personne sont inchangées, mais
leur direction est à présent dirigée selon le dessin :
On a toujours: q = 25° et L = 90 cm. On prend g = 10 m/s²
Quelle est à présent la valeur de la tension T2 du muscle dorsal en position accroupie ?
A
: 15
8
N
B
:
315 N
C
:
560 N
D
:
710 N
E
:
444 N
F
:
225 N
Correction :
ℳ
⃗
=0⟺ℳ
⃗
+ℳ
⃗
+ℳ
⃗
+ℳ
⃗
=0
3
ℳ
⃗
=0 car
⃗
appartient à l’axe 0 ; ℳ
⃗
=0 car
⃗
appartient à l’axe 0
D’où : ×
−×
sin=0
=
×
2
3
4sin=4
2
3sin=2()
3sin=2 ×10 × 10
3sin25° ⟹=−é
Question 3 :
Une personne de 90 kgs s’élance d’un plongeoir de 12,6 m de hauteur à la vitesse de 2 m/s.
On estime que 75% de sa vitesse sera amortie lors du contact avec l’eau.
On considère que sa tête encaissera le choc dû à ce contact pendant une durée de 10 ms.
Calculer la force F qui s’exercera sur la tête lors de ce choc ?
A
:
81 kN
B
: 108 kN
C
:
36
kN
D
:
540
kN
E
:
288
kN
F
:
900 N
Correction :
La personne est lancée avec une vitesse initiale =2., puis est en chute libre
sur ℎ= 12,6 avant d’atteindre la surface de l’eau.
La vitesse à l’arrivée sur la surface de l’eau est donc :
=2ℎ+
=2 × 10 × 12,6 + 2² = 16 .
Cette vitesse est amortie de 75% lors du contact avec l’eau, donc la vitesse
« transmise » est égale à 25% de la vitesse ; soit = 0,25=4.
D’après le théorème de l’impulsion, la force reçue par la tête de la personne lors du contact
avec l’eau est égale à :
⃗.∆=.∆⃗=(
⃗
−
⃗
)
En projetant selon [Oz) vertical ascendant : .∆=.−−(−)=.(−)
Soit : =.()
∆ =()
. ⟹=
⟹
é
4
Question 4 :
Lors d’un match de ping-pong, un joueur smashe une balle de ping-pong de 3 grammes à la vitesse de
180 km/h. Son adversaire la rattrape tant bien que mal 1,20 m plus bas et à 3 m de la table. La surface
de contact entre la balle et la raquette est de 25 mm² et le choc supposé complètement élastique dure 5
ms. On suppose tous les frottements négligeables et on prend g = 10 m/s²
1. La vitesse de la balle juste avant que le joueur adverse la rattrape vaut approximativement :
= 59 /
2. La vitesse de la balle juste avant que le joueur adverse la rattrape vaut approximativement :
= 14,1 /
3. L’énergie cinétique de la balle lorsque le joueur adverse la rattrape vaut approximativement :
= 3,8
4. L’énergie cinétique de la balle lorsque le joueur adverse la rattrape vaut approximativement :
= 3,8
5. L’énergie potentielle de pesanteur de la balle augmente lors de sa chute
6. La force reçue par la raquette lors du choc vaut approximativement : = 60 µ
7. La contrainte subie par la raquette lors du choc vaut approximativement : = 2,4.106 N/m²
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A
:
1 + 4 + 5 + 6 + 7
B
:
1 + 3 + 6 + 7
C
:
4 + 6
D
:
2 + 4 + 6
E
: 3 + 7
F
:
2 + 3 + 5
+ 7
Correction :
1. FAUX : La balle est lancée avec une vitesse initiale = 180 .ℎ = 50 ., puis est
en chute libre sur ℎ= 1,20 avant d’atteindre la raquette.
La vitesse à l’arrivée sur la raquette est donc :
=2ℎ+
=2 × 10 × 1,20 + 50² = 50,2. ≠59 .
2. FAUX : = 50,2. ≠14,1 .
3. VRAI : =
.
=
× 3.10 × 50,2² ⟹ =,
4. FAUX : = 3,8 ≠3,8
5. FAUX : l’énergie potentielle de pesanteur croît quand l’altitude augmente =ℎ
6. FAUX : choc complètement élastique ⟹ =.
∆ =×.×,
. ⟹ =
7. VRAI : =
=60
25.10−6 ⟹=,./²
⟹
é
E
5
Question 5 :
Soit la série d’affirmations suivantes :
1. La 1ère Loi de Newton stipule que, lorsque les forces se compensent, le mouvement de rotation
d’un corps autour d’un axe est uniforme
2. Lorsque les forces se compensent, le système est toujours immobile
3. La dimension d’un moment de force est [].[].[]
4. La dimension d’un moment de force est homogène à celle d’une contrainte divisée par un
volume
5. Plus la surface sur laquelle s’exerce une force est grande, plus la contrainte reçue par unité de
surface est élevée
6. Plus une force est reçue pendant un temps bref, moins son intensité est élevée
7. En statique de la colonne vertébrale en flexion, l’influence d’une charge portée à bout de bras
s’exerce exclusivement sur les forces de cisaillement
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A
: 1 + 2
+ 3 + 4 + 6 + 7
B
:
1 + 5 + 7
C
: 3
D
:
6 + 7
E
: 2
F
: 3 + 4 + 5 + 6 + 7
G
:
aucune de ces
combinaisons
Correction :
1. FAUX : d’après la 1ère Loi de Newton, si ∑
⃗=0
⃗
, alors le système est animé d’un
mouvement de translation rectiligne uniforme
2. FAUX : voir ci-dessus : éventuellement, le mouvement de translation rectiligne uniforme
peut être le repos, mais pas obligatoirement
3. VRAI : ℳ=×⟹[
ℳ]=[
]×[
]
~ []×[] ~ []×[]×[] ×[]
⟹[] ~ []×[]²×[]
4. FAUX : []
[]~
[][]
[]~
[]×[]×[] []
[]~[]×[]×[]
[]
[]
[]~[]×[] ×[], []
[]≠[]
5. FAUX : =
; plus augmente, plus diminue
6. FAUX : =()..
∆ ; plus ∆ diminue, plus augmente
7. FAUX : une charge à bout de bras fait supporter au sacrum une contrainte de compression
(« tassement ») et de cisaillement (« torsion ») ⟺ =
+
⟹
é
6
7
8
1
/
8
100%
