2013

CONCOURS D'ADMISSION À L'ÉCOLE D'ORTHOPTIE
DE RENNES
SESSION 2013
ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Durée : 2 heures
L’USAGE DE LA CALCULATRICE EST AUTORISÉ
Ce sujet comporte 3 exercices.
L’exercice 1 est sur 7 points, l’exercice 2 est sur 8 points et l’exercice 3 est
sur 5 points.
Il sera tenu compte du soin et de la rédaction.
Vous devez impérativement respecter la numérotation des questions.
Exercice 1 : Ondes sonores (7 points)
Un auditeur écoute le son créé par une cloche. Il est situé à la distance
L = 75 m de la cloche. La célérité du son dans l’air est vson = 340 m.s-1.
1. Définir une onde progressive. Le son émis par la cloche est-il une onde
progressive ?
2. Calculer le retard entre l’émission et la réception de l’onde par
Spectres en fréquence
du son à vide de la corde 6
l’auditeur.
3. Le son est enregistré et on en fait l’analyse spectrale à l’aide d’un
ordinateur. On obtient le document suivant. Quelle est la fréquence de
l’onde sonore émise par la cloche ? Le son est-il pur ?
4. On souhaite montrer le phénomène de diffraction avec ces ondes
sonores, expliquer comment procéder. On attend dans la réponse au
moins un calcul numérique pertinent.
1 5. Une seconde personne se rapproche de la source sonore étudiée avec
une vitesse de valeur v. La hauteur du son est déformée. Quel nom
donne-t-on à ce phénomène ? À l’aide du document 1 ci-dessous, le
son paraît-il plus aigu ou plus grave ? Justifier. Calculer la valeur
minimale de v pour laquelle le phénomène est perceptible.
Document 1 :
Lorsqu’un auditeur se rapproche d’une source sonore à la vitesse v, la
fréquence perçue fR est différente de la fréquence émise par la source fS. La
"
v %
relation entre les deux fréquences est : fS = fR $ 1!
'
# v &
son
Pour une oreille moyenne, un son est perçu d’une hauteur différente d’un
autre si la fréquence du son est différente d’au moins 3 % de l’autre son.
6. En réalité, il y a deux cloches qui produisent en même temps le même
son. Les deux cloches sont séparées de la distance D. À certains
endroits, le son perçu par un auditeur paraît très atténué. Quel est ce
phénomène ? Expliquer à l’aide d’un schéma ce phénomène.
Exercice 2 : Un avion au décollage (8 points)
Dans cet exercice, on étudie un avion à réaction qui roule lentement sur 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.
1. L’avion à réaction est immobile sur la piste. Faire un schéma de l’avion
en y faisant figurer les forces 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
rigoureuse est attendue.
3. Entre les dates t0 = 0 et t1 = 10 s, l’avion a éjecté une masse
mg = 300 kg de gaz à la vitesse vg. En négligeant les frottements,
quelle serait alors la vitesse v1 de l’avion à la date t1 ?
4. En réalité, à la date t1, la vitesse de l’avion est v’1 = 1,40 m.s-1. On
attribue la différence avec v1 aux frottements de la piste sur l’avion.
Calculer le travail de la force de frottements entre t0 et t1.
!
5. Entre t0 et t1, l’avion s’est déplacé avec une accélération a constante.
!
Calculer la valeur de a .
6. Quelle est la nature du mouvement de l’avion pendant ces dix
premières secondes ?
7. Calculer la distance parcourue par l’avion entre t0 et t1.
8. À présent, l’avion amorce un virage en maintenant sa vitesse à la
valeur v’1. Sa trajectoire est alors un arc de cercle de rayon R = 50 m.
Donner les caractéristiques du vecteur accélération pendant le virage.
2 Exercice 3 : Le laser (5 points)
On étudie dans cet exercice, un laser. Le laser est une émission stimulée de
lumière. Le laser étudié utilise une transition électronique d’énergie
E = 1,96 eV (1 eV = 1,60.10-19 J). On rappelle que l’énergie E d’un photon est
liée à sa fréquence f par la relation E = h × f où h est la constante de Planck
de valeur h = 6,63.10-34 J.s. La célérité de la lumière est c = 3,00.108 m.s-1.
1. Expliquer en quelques lignes le principe de l’émission stimulée du
laser.
2. Donner deux des principales propriétés du laser.
3. Déterminer la longueur d’onde émise par le laser. À quel domaine
spectral la lumière émise par ce laser appartient-elle ?
4. La lumière émise par le laser présente notamment un aspect
ondulatoire. Décrire une expérience permettant de mettre cet aspect
en évidence.
5. Quel autre aspect la lumière présente-t-elle ? Quelle expérience
permet de mettre en évidence ce deuxième aspect ?
3