Correction des exercices du livre

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Notion de champ
exercices p110-114
1
1. Une grandeur physique est une propriété d’un objet ou d’un phénomène qui peut être mesurée
ou calculée. Elle s’exprime généralement à l’aide d’une unité.
2. Afin de pouvoir associer une valeur à une grandeur physique, il est nécessaire de la comparer à une
grandeur de référence choisie comme étalon. On l’appelle alors unité.
2
1. a. Le multimètre est utilisé en voltmètre, il mesure une tension électrique. L’anémomètre mesure
la vitesse et le thermomètre mesure la température.
b. Le volt (V), le mètre par seconde (m · s-1) et le degré Celsius (°C).
2. a.La valeur de la vitesse du vent ne suffit pas, il manque des informations pour décrire complètement
le phénomène.
b. Il manque les informations concernant l’orientation du vent (la direction et le sens).
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1. a. Basket : verticale ;volley : inclinée à 45° ; tennis : horizontale ; golf : inclinée à 45°.
b. Basket et volley : du haut vers le bas ; tennis : de gauche à droite ; golf : du bas vers le haut.
2. a.La longueur d’un vecteur est proportionnelle à sa valeur. La vitesse la plus faible correspond donc
au vecteur le plus court, ici le vecteur av2.
b. D’après l’échelle indiquée, la vitesse v1a pour norme 8,2 m · s-1.
c. Pour que deux vecteurs soient égaux, il faut qu’ils aient même norme, même direction et même sens.
Les vecteurs av
3
et av
4
n’ont pas la même direction, ils ne sont donc pas égaux (même s’ils ont la même norme).
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1. La carte représente la hauteur de la houle et la direction du courant marin en différents points de
l’espace.
2. Un courant de déplacement est une grandeur vectorielle car la connaissance de sa valeur ne suffit pas
à la décrire complètement.
3. La hauteur de la houle est complètement caractérisée si l’on connaît sa valeur. C’est donc une
grandeur scalaire. Le champ correspondant est donc un champ scalaire
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1. La grandeur est la densité de population, elle s’exprime en nombre d’habitants par kilomètre carré.
2. Dans la ville de Plourac’h.
3. La valeur est supérieure à 800 habitants · km-2,
ce qui correspond à la couleur marron.
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1. D’après l’énoncé, le tube est cylindrique. Sa
section est donc circulaire.
2. On obtient un disque contenant des cercles colo-
rés concentriques.
3. La carte du champ de température dépend
de la position choisie le long du tube. Au niveau
du trait b, les températures sont plus basses qu’en
a, le disque apparaîtra légèrement vert au centre
et bleu autour.
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1. D’après l’échelle de l’axe des ordonnées, le
dénivelé entre deux courbes de niveau vaut 10 m.
2. La courbe de niveau 845 m est comprise entre
les courbes notées 840 m et 850 m (voir figure).
850
altitude (m)
830
840
850
860
870
880
sommet
ligne de crête
col
col
Figure de l’exercice 8
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2PARTIE 3–Séquence 1 Notion de champ
3. a.Le col correspond au point le plus bas entre les deux sommets (voir figure).
b. La lecture graphique donne une altitude comprise entre 865 m et 870 m.
c. On projette la position du col sur la carte (voir figure).
d. Cette courbe présente un point remarquable au niveau du col (voir figure).
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1. La courbe bleue est tangente aux vecteurs vitesse
représentés. Par définition, elle constitue donc une ligne
de champ.
2. On trace la courbe tangente aux vecteurs vitesse (voir
figure).
3. a. La longueur du vecteur est calculée àl’aide de
l’échelle :si 0,9 cm correspond à10 m · s
-1
,pour une
vitesse de 24 m · s
-1
,la longueur du vecteur sera de 2,2 cm.
b. On représente un vecteur tangent à la courbe verte
en C, orienté du bas vers le haut et avec une longueur de
2,2 cm (manuel grand format) ou 1,8 cm (manuel petit
format).
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1. a. La température de l’eau bouillante dans une bouilloire électrique est décrite par un champ sca
laire.
b. La vitesse des particules éjectées d’un pot d’échappement automobile est décrite par un champ
vectoriel.
c. La concentration en saccharose dans un thé sucré mais non remué est décrite par un champ scalaire.
2. On pourra utiliser le mot « uniforme » si la valeur de la grandeur est constante en tout point de la zone
étudiée. C’est le cas de la situation a, où la température de l’eau bouillante est 100 °C.
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1. La partie centrale est figurée en bleu, ce qui correspond, d’après l’échelle, aux valeurs les plus
faibles de la densité.
2. Le repère Ase trouve sur un point figuré en vert, la valeur de la densité est donc comprise entre 0,6 et 0,8.
3. Les équipotentielles de densité 0,9 correspondent àl’ensemble des points àla frontière entre les zones
jaunes et rouges.
4. La variation est d’autant plus brusque que la distance pour passer du bleu au rouge est faible.
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1. La grandeur représentée sur cette carte est l’altitude. Elle s’exprime en mètre.
2. Tous les points d’une même courbe de niveau se trouvent à la même altitude. Les courbes de niveaux
sont donc des équipotentielles de la grandeur étudiée.
3. Entre deux courbes de niveau, le dénivelé vaut 10 m.
4. La tour de guet se trouve entre les équipotentielles 510 m et 520 m. Son altitude est donc comprise
entre ces deux valeurs.
5. Entre la rivière et le château, les équipotentielles sont très resserrées, ce qui signifie que la variation
de l’altitude est forte dans cette zone. On en déduit que la pente du terrain est importante, ce qui rendra
l’ascension difficile.
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1. La zone où la température est la plus élevée correspond au centre de la Terre (noyau). Elle est colo-
rée en rouge.
2. La température n’est pas uniforme dans le globe terrestre. Ces différences de température sont visibles
par les couleurs utilisées sur le schéma.
10 m · s–1
C
B
A
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3
Notion de champ
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1. Les lignes de champ de vitesse sont tangentes aux vecteurs vitesse. Sur la figure proposée, les
vecteurs sont nombreux, ce qui permet de deviner l’allure des lignes de champ.
2. Entre les deux abscisses proposées, les lignes de champ s’écartent de plus en plus. La variation de la
valeur de la vitesse est donc moins importante lorsque l’on s’éloigne de l’hélice.
3. Un champ vectoriel est uniforme lorsque les vecteurs qui le représentent sont tous égaux. Pour la
situa tion étudiée, cela correspond aux bords droit et gauche de la figure.
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1. De nombreux exemples de champs scalaires sont donnés dans le chapitre. Citons les champs de
température, de pression, de densité…
2. a.D’après le texte, les champs vectoriels sont caractérisés par une intensité et par une direction.
b. En plus de l’intensité et de la direction, il faut connaître le sens du vecteur.
3. Exemples de champ vectoriels : champ de vitesse, champ de force…
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1. Les répartitions des zones colorées ne sont pas les
mêmes pour les deux pieds ;les pressions exercées ne sont
pas identiques.
2. Les zones de forte pression sont figurées en rouge, ce
qui correspond aux talons et aux zones métatarsiennes
(au niveau des gros orteils).
3. Les zones les plus étendues sont de couleur blanche.
Elles correspondent aux plantes des pieds.
4. On obtient la représentation ci-contre :
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1. Les flèches représentent la vitesse du courant et les couleurs la température de l’eau. La vitesse
peut par exemple s’exprimer en m · s
-1
ou en km ·h
-1
.La température peut s’exprimer en degré Celsius (°C).
2. La température est une grandeur scalaire et la vitesse une grandeur vectorielle.
3. La grandeur vectorielle donne, en plus de la valeur, des informations sur la direction et le sens.
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Le virus de la grippe A
Voici le résultat d’une simulation de propagation épidémique du virus de la grippe A/H1N1 pendant une durée
de 6 mois en Europe.
1. Concernant le champ des personnes malades :
a. Ce champ est-il scalaire ou vectoriel ?
b. Ce champ est-il uniforme ?
2. Que représentent les pics ?
1. a.L’échelle de couleur représente le nombre de cas de personnes malades dans un pays. C’est donc
une grandeur scalaire.
b. Le champ n’est pas uniforme car le nombre de malades n’est pas le même dans les différents points
de la carte.
2. La hauteur des pics représente le nombre de malades atteints de la grippe.
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1. La figure représente la valeur de la température en tout point de la zone étudiée, il s’agit donc
d’une carte de champ de température.
2. La température est une grandeur scalaire, le champ correspondant est donc un champ scalaire.
3. Une température uniforme correspondrait à une seule couleur, ce qui n’est pas le cas ici. Le champ de
température n’est donc pas uniforme.
4. La zone la plus étendue où la température est élevée se situe au centre du sein droit, ce qui pourrait
correspondre à la présence d’un nodule.
rouge
bleu
Figure de la question 4
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1. a. Commissariat àl’énergie atomique.
b. Une simulation numérique est le résultat d’un calcul de la valeur d’une grandeur physique.
2. La température est un champ scalaire. Le champ correspondant est donc également scalaire.
3. Le champ de vitesse est représenté par des vecteurs.
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1. Le champ de vitesse est uniforme lorsque les lignes de champ sont parallèles entre elles : ici, loin
de la voiture ou sous la voiture.
2. Au niveau du pare-chocs, les lignes de champ se resserrent. La vitesse varie donc brusquement ; elle
est plus grande.
3. Une zone de turbulence peut correspondre à une zone où la direction d’un écoulement varie brus-
quement (lignes de champ qui s’enroulent sur elles-mêmes).
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1. Les lignes représentées correspondent au champ de
vitesse de l’eau.
2. Voir figure ci-contre.
3. Entre B et C, les lignes de champ se resserrent, la vitesse
varie. La valeur de la vitesse en C est plus grande.
4. Le champ est uniforme là où les lignes de champ sont
parallèles : dans le coin inférieur droit.
EN ROUTE VERS LA TERMINALE
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1. Les lignes représentées correspondent aux lignes de champ de vitesse de l’air autour de la balle.
2. La différence d’écartement entre les lignes aux points A et B montre que la vitesse est plus importante
en A qu’en B.
3. Si la balle ne tournait pas sur elle-même, les lignes de champ seraient symétriques par rapport àl’axe
horizontal. La vitesse en A et B serait alors la même.
4. Ce nom est lié au physicien allemand Heinrich Magnus (xixe)qui étudia l’action d’un fluide sur un solide
en rotation. Il démontra que lorsqu’un projectile se déplace dans l’air en tournant sur lui-même, il modifie
le champ de pression autour d’elle, ce qui engendre une action mécanique qui va modifier sa trajectoire.
B
C
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5PARTIE 3–Séquence 2 Champs magnétiques et électrostatiques
exercices p124-128
1
Au point P, le vecteur champ magnétique est
orienté avec la même direction que l’aiguille aiman-
tée, de son pôle sud vers le pôle nord.
2 1. Le pôle nord de l’aimant attire le pôle sud
de l’aiguille aimantée.
2. L’aiguille aimantée se déplace également d’un
angle a.
3
1. Les lignes de champ extérieures forment des boucles fermées.
2. D’après la séquence précédente, on sait que les lignes de champ ne peuvent pas se croiser.
3. a.Àl’intérieur de l’aimant en U, les lignes de champ sont des segments parallèles entre eux.
b. Le champ magnétique est uniforme dans l’entrefer d’un aimant en U.
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1. a. et b. On représente quelques lignes de champ
ainsi que le vecteur champ électrostatique en un point A
(voir figure ci-contre).
2. a.F=E.q ; soit :
F=2,0 ¥103¥1,6 ¥10-19 =3,2 ¥10-16 N.
b. On représente la force exercée en un point B. Voir
figure ci-contre.
6
En tout point, la direction du vecteur champ élec-
trostatique est tangente aux lignes de champ. Son
sens suit celui de la ligne de champ.
COMPÉTENCE 2 : Décrire le champ magnétique terrestre
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1. Le champ magnétique terrestre peut être comparé àcelui d’un aimant se trouvant au centre de
la Terre, légèrement incliné par rapport à son axe de rotation.
P
aB
N
N
S
N
N
S
a
N
E
A
F
B
q
-q
A
aE
B
aE
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