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ETIQUETTE 2) 6)
3) 7)
4) 8)
EXAMEN DE PHYSIQUE – PHARMA – BIO - BIOMED – AOUT 2016 – UMONS
Consignes : ne pas détacher les feuilles – répondre uniquement dans les
cadres prévus – utiliser g = 10 m/s2 – indiquez votre nom sur les
feuilles de brouillon. Justifiez vos réponses (sauf pour le Vrai/Faux).
Question 1 :
Un tube à rayons X présente une longueur d’onde minimum d’émission de
4 10-11 m. Quel voltage a-t-on utilisé pour accélérer les électrons dans le
tube ? Quelle est la vitesse finale des électrons à la sortie de la
cathode ?
[h = 6.63 10-34 Js, me = 9.11 10-31 kg, e = 1.6 10-19 C]
La longueur d’onde minimale s’obtient en considérant que toute l’énergie
électrique donnée à un électron a été convertie en un photon d’énergie hν
min
max c
eV h h
  d’où 31078 V
hc
Ve  .
La vitesse finale des électrons s’obtient en considérant que toute
l’énergie électrique donnée à un électron a été convertie en énergie
cinétique
2
1v
2
eV m d’où 8
2
v1.0410m/s
eV
m
Le coefficient d’absorption RX des os est-il supérieur ou inférieur à
celui des tissus mous ? Pourquoi ?
Le Z moyen des tissus mous est inférieur au Z moyen des os, ce qui
implique que le coefficient d’absorption des os est supérieur à celui des
tissus mous.

Question 2 :
Une masse de 2kg oscille horizontalement attachée à un ressort. Elle perd
le tiers de son amplitude initiale après 30 secondes. Que vaut le
coefficient de frottement b ? Sachant que sa période d’oscillation est de
3 s, calculez la constante de rappel du ressort.
L’amplitude du ressort évolue comme
/
0
() t
A
txe  avec 2/mb
. Au bout de 30 secondes, l’amplitude a perdu un
tiers de son amplitude initiale c’est-à-dire
/
0
0
2
(30s) 3
t
x
A
txe  d’où 74 s
ln 3 / 2
t
. On en tire donc
2 / 0.0541 kg/sbm  .
On sait que la fréquence angulaire d’un ressort amorti est donnée par
1/2
2
02
12
T
 avec 2
0
k
m
. En isolant k, on a donc
2
22
41
8, 77 N/mkmT
 .

Question 3 :
Un ligament cylindrique vertical de 5 cm de long et de 2 mm de rayon
subit une force de traction de 100 N. Il s’allonge alors de 0.1 cm sans
subir de dommage. Que vaut son module de Young ? On retire ensuite cette
force de traction et on attache une masse au ligament. Sachant que sa
contrainte de rupture est de 60 MPa, quelle masse maximale pourra-t-il
supporter avant de céder ?
Lors de la force de traction, la pression supportée par le ligament est
de
6
27.96 10 Pa
tract tract
FF
P
A
R
et le module de Young correspondant est donc de
6
8
7.96 10 3.98 10 Pa
/ 0.001/ 0.05
P
ELL
La force maximale que le ligament peut supporter est donnée par
2
max 754 N
rupture rupture
FPAP R
.
La masse maximale supportée sera donc de
max
max 75.4 kg
F
mg

Question 4 :
Ecrivez la loi de Laplace pour une alvéole pulmonaire au repos. Est-il possible
de respecter cette loi lors de l’inspiration ? Pourquoi et comment ?
La loi de Laplace pour une sphère s’écrit :
(*)
 est la « tension superficielle » de l’alvéole.
Cependant, lors de l’inspiration R et P  (car l’alvéole se gonfle et
que P pleurale ).
Il est donc impossible de respecter la relation (*), sauf si  est
modifié et devient lui-même i > C'est possible grâce à la présence de
molécules de surfactant dans la membrane des alvéoles.
2
repos
repos
PR
alvéole pleurale
PP P 

Question 5 :
La canalisation suivante est parcourue par de l’eau (qu’on considère ici
comme un fluide parfait). Son diamètre au point A est de 20 cm et le
diamètre en B et C est de 5 cm. Sachant que la pression au point A est de
2000 Pa et que la vitesse au point B est de 80 cm/s, calculez la vitesse
de l’eau au point A, la pression et la vitesse de l’eau au point C, et la
pression au point B ?
Les lois de conservation du débit et de Bernoulli donnent
222
vvv
AA BB CC
RRR  et 222
111
vvv
222
A
AA B BB C CC
gh P gh P gh P
.
Les vitesses en A et en C peuvent être tirées de la loi de conservation
de débit
2
2
v v 0.05 m/s
B
AB
A
R
R
 et
2
2
v v v 0.8 m/s
B
CBB
C
R
R
 .
De l’application de la loi de Bernouilli, on trouve
2222
1111
v v v v 1680 Pa
2222
B A AA B B AA B
PghPghP        .
22
11
v v 680 Pa
22
C B BB C C BB C
P gh P gh gh P gh  .
A
B
C
h = 10cm