Q2- PHARMA-BIO-BIOMED – JUIN 2015 - Moodle

ETIQUETTE
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8)
EXAMEN DE PHYSIQUE –Q2- PHARMA-BIO-BIOMED – JUIN 2015 – 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.
Question 1 :
Où faut-il placer une charge électrique q par rapport à q1 et q2 pour
que la force résultante qu’elle subit soit nulle ?
q1=-1µC
q2=-4µC
10cm
Il faut que le champ électrique total soit nul. Ceci n’est possible
que sur l’axe reliant les deux charges q1 et q2, puisque c’est
seulement
là
que
leurs
champs
électriques
respectifs
sont
parallèles.
Vu que les deux charges q1 et q2 sont négatives, les champs
électriques respectifs produits par ces deux charges ont même
direction et sens à gauche de q1 et à droite de q2. Par conséquent,
le champ électrique total ne peut pas être nul dans ces régions.
Au centre, les deux champs électriques sont opposés. Pour que le
champ électrique total soit nul, il suffit donc que les intensités
de ces deux champs soit égales. Si x est la distance entre le point
où le champ est nul et la charge q1 (x doit donc être positif), on a
q1
ke
x
2
 ke
q2
(0 ,1  x )
c’est-à-dire
2
1
x
2

4
(0 ,1  x )
2
qui
peut
également
s’écrire sous la forme d’une équation du second degré
3 x  0, 2 x  0, 01  0
2
.
Il y a deux solutions à cette équation : l’une est négative et donc
à rejeter (puisque x est une distance) l’autre vaut 0,0333 m = 3,33
cm. Il faut donc que la charge q soit à 3,33 cm à droite de la
charge q1.
Question 2 :
Une masse m attachée à un ressort oscille 4 fois par seconde. Lorsqu’on
lui ajoute une masse de 3 kg, elle oscille 2 fois par seconde. Que vaut
la masse m ? Que vaut la constante de rappel du ressort ?
Dans le cas où il n’y a que la masse m, on a donc une fréquence de
fm  4 H z
et on a  m
 2 f m 
k
.
m
Dans le deuxième cas, on a une masse m+3 et une fréquence correspondante
de f m  3  2 H z avec  m  3
 2 f m  3 
k
m 3
.
On a donc un système de deux équations à résoudre :

k
 2  4 
m


k

2  2 

m 3

dont la solution est
m  1 kg
et
k  6 3 2 N /m
.
Question 3 :
Un fût est rempli de
134
55
Cs
qui se désintègre graduellement en
134
56
Ba
. De
quel type de désintégration s’agit-il ? Sachant qu’après 10,325 ans il
reste 5 kg de
134
55
Cs
, calculez combien de moles de
134
55
Cs
le fût contenait
initialement.
La demi-vie du
134
55
Cs
est de 2,065 ans.
C’est une désintégration avec émission d’un électron, c’est-à-dire une
désintégration beta.
On a
 
ln 2
 0, 33566 an
1
T1 / 2
D’où, comme la loi de désintégration donne N(t) = N0e-λt, on a
qu’initialement
N0 = 5 e0,33566
. 10,325
= 160 kg.
Donc, en mole, on a que la quantité initiale est de 160000/134 = 1194 mol
de césium.
Question 4 :
Dans l’axone de calamar, les concentrations intra et extracellulaire de
Ca2+ sont respectivement de 0,0001 et 2,5 moles/m3. Calculez le potentiel
d’équilibre du Ca2+ à 298K. Sachant que le potentiel de repos de la
membrane est de -90 mV, décrivez les flux de Ca2+.
[kB = 1,38 10-23 J/K et e = 1,6 10-19 C]
Le potentiel d’équilibre est donné par la loi de Nernst :
V 
k BT
q
ln
c0
 130 m V
ci
Les flux sont donc


Flux IC : du plus concentré vers le moins concentré c’est-à-dire de
l’extérieur vers l’intérieur
Flux Ip : pour une charge positive, toujours vers le plus bas
potentiel (-90mV) c’est-à-dire vers l’intérieur.
Le flux total est donc entrant. Le Ca2+ est fortement en déséquilibre
puisque les deux flux sont entrants. Les pompes à ions doivent donc
ramener des ions Ca2+ vers l’extérieur.
Question 5 :
Expliquez le phénomène
l’oreille moyenne.
Voir cours
d’amplification
du
son
produit
au
niveau
de
Question 6 :
Un électron se déplaçant à une vitesse v entre dans une zone où règne un
champ magnétique B = 0,001T (voir schéma). Il décrit alors une
trajectoire circulaire de diamètre égal à 10 cm.
1. Pourquoi décrit-t-il ce type de trajectoire ?
2. Quelle était sa vitesse initiale ?
3. Quelle différence de potentiel électrique a-t-on utilisé pour lui
conférer cette vitesse ?
[m(électron)= 9,11 10-31kg, e = 1,6 10-19C]
v
B
A
1. Car la vitesse n’a pas de composante parallèle à B et car F  q v  B
est toujours perpendiculaire à la vitesse. FB joue le rôle de force
centripète (elle est toujours dirigée vers le centre du cercle) :
elle ne change pas la grandeur de v, seulement sa direction.
2. La force centripète égale la force magnétique d’où
qvB  m
v
2
et donc
v 
qBR
 8 .8 1 0 m / s
6
m
R
3. Toute l’énergie électrique a été convertie en énergie cinétique
d’où
qV 
1
mv
2
V 
mv
2q
2
 220 V
2
, ce qui donne
Question 7 :
On veut régler le pacemaker d’un patient à 80 battements/minute. Sachant
que la résistance est de 2 M, quelle est la valeur de la capacité du
condensateur à utiliser ? On considère la recharge du condensateur
instantanée.
Comme vu au cours, la recharge du condensateur se fait lorsque sa charge
a atteint 37% de sa valeur initiale (c’est-à-dire lorsque sa charge
atteint une valeur égale à la charge initiale divisée d’un facteur e).
Pour atteindre cette valeur, il faut un temps   R C .
Comme il y a 80 battements par minutes, on a également la condition que
 
60
 0, 75 s
d’où   R C  0 , 7 5  2 1 0 6 C . On en déduit que
80
C  3, 7 5 1 0
7
F
.
Question 8 :
On observe l’onde stationnaire suivante dans une corde de longueur L
excitée à la fréquence f. Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou
fausses ? Entourez la réponse correcte.
En excitant la corde avec une fréquence double, on observera un seul
ventre.
VRAI
FAUX
En excitant la corde avec une fréquence double, on observera une
amplitude double pour l’onde stationnaire.
VRAI
FAUX
Si la vitesse de propagation de l’onde était double, on observerait un
seul ventre.
VRAI
FAUX
Si l’on prend une corde de longueur double, on observera un seul ventre.
VRAI
FAUX