e2 14-15

Physique
Nom :
Jeudi 18 juin 2015
No :
Classe : 2de
Durée : 100 minutes
L’usage de la calculatrice scientifique est autorisé
Exercice 1 : Observer un timbre (4 points)
Un philatéliste (collectionneur de timbre), à vision normale peut voir nettement des objets placés à
plus de 25cm de son œil. Il observe, avec une loupe de vergence C = 25δ, un timbre dont l'un des
côtés à une largeur de 1,5cm. Il place sont œil à 4,0cm de la loupe.
1. Trouver la distance focale de cette lentille.
2. Il place le timbre à une distance maximale de la loupe lui permettant de voir nettement l’image.
a. Quelle est cette distance maximale? Faire un schéma à l’appui.
b. Trouver alors l’angle sous lequel il voit cette image.
c. Que va être l’angle sous lequel il voit le timbre placé au punctum proximum de 25 cm à l’œil nu.
d. Déduire alors le grossissement de la loupe qu’il utilise.
3. Quelle est la distance minimale possible entre le timbre et la loupe afin que l’observateur ait une
vision nette ?
4. Quelle est la distance permettant l'observation la plus confortable ? Expliquer.
Exercice 2 : Circuit de résistances (4 points)
On réalise le circuit ci-contre où R 1 = 56 Ω, R 2 = 30 Ω et R 3 = 90 Ω. On applique entre les bornes A et
B une tension U AB = 6V.
1. Calculer la résistance équivalente R du dipôle AB.
2. Déterminer l'intensité du courant I 1 traversant R 1 .
3. Calculer les tensions U AC et U CB
4. Déduire les intensités I 2 et I3 des courants traversant
R 2 et R 3 .
Exercice 3 : Vitesse du son (4 points)
On propose de retrouver la valeur de la vitesse des ondes sonores dans l’air à l’aide du dispositif
opératoire du document suivant.
Les deux micros sont séparés d’une distance d = 1,0 m et sont reliés au système d’acquisition d’un
ordinateur. On obtient l’acquisition ci-dessous.
1. Exploitation de l’oscillogramme :
a. À quoi correspondent les dates t 1 et t 2 sur l’enregistrement ?
b. Quelle est la valeur de la durée de ce parcours ?
2. Valeur de la vitesse du son dans l’air.
a. Quelle est la distance parcourue par le son entre t 1 et t 2 ?
b. En déduire la valeur de la vitesse du son dans l’air lors de l’expérience.
3. Quelles différences observe-t-on si on réalise cette expérience dans le vide ?
Exercice 4 : Satellite artificiel et gravitation (6 points)
Document 1 : Mise en orbite d’un satellite géostationnaire
Document 2 :
Un objet lancé avec une vitesse initiale horizontale retombe sur la Terre lorsque la valeur de la vitesse est
faible. Cependant, la courbure de la trajectoire devient égale à celle de la Terre lorsque la vitesse horizontale
atteint la valeur de 7,9 km.s-1. L’objet décrit alors une trajectoire circulaire : il est satellisé.
Pour s’affranchir des frottements dus à l’air, on doit placer le satellite au-dessus de l’atmosphère.
Ainsi, aucun satellite ne tourne à une altitude inférieure à 150 km. La vitesse orbitale d’un satellite
diminue lorsque l’altitude augmente.
Lorsque l’objet est en orbite circulaire, la force d’attraction agit perpendiculairement : elle est donc
sans effet sur la valeur de la vitesse, mais elle maintient la courbure de la trajectoire. Sans elle, en
effet, le satellite poursuivrait son mouvement en ligne droite.
Aussi, bien qu’éloigné de la Terre, le satellite semble maintenu par un lien invisible, la gravitation de
la Terre dont il reste captif.
I- Un satellite (S) de masse M S , en orbite dans le vide sidéral, tourne autour de la Terre à
z = 3,60 x104 km d'altitude.
1. Dans quel référentiel décrit-on le mouvement de ce satellite ? Définir ce référentiel.
2. Le satellite est soumis à une force gravitationnelle exercée par la Terre.
a. Calculer cette force.
b. La représenter sur un schéma sans se soucier de l’échelle.
3. Relever, du document 2, l’idée qui montre que le satellite n’est pas soumis à des forces qui se
compensent.
II- On souhaite mettre ce satellite en orbite « géostationnaire ».
1. Donner la définition du terme « géocentrique » et préciser dans quel référentiel on le définit.
2. A partir des documents et de vos connaissances, rappeler les conditions nécessaires à une telle
mise en orbite.
3. La période de rotation de la Terre sur elle-même est de 24 h environ.
a. Calculer la vitesse moyenne de ce satellite.
b. Cette vitesse augmente-t-elle ou diminue-t-elle au fur et à mesure que le satellite s’éloigne
des environs de la Terre ? Justifier.
On donne :
- Rayon de la Terre R T = 6,37 x103 km
- Masse de la terre : M T = 5,97 x 1024 Kg
- Masse du satellite : M S = 660 Kg
- G = 6,67 x 10-11 N.m2.Kg-2
Exercice 5 : Force et inertie (2 points)
Choisir la ou les bonne(s) réponse(s) répondant aux questions posées. Justifier.
La figure ci-contre montre un conduit circulaire fixé sur une table horizontale lisse. La table est vue
d’en haut. Une bille est tirée à grande vitesse dans le bout P du conduit et sort du bout R en glissant
sans rouler sur la table.
a. Laquelle des trajectoires suivantes représente le mieux le chemin suivi par la bille sur la table
horizontale lisse après avoir quitté le conduit en R ?
La résistance de l’air étant négligeable, la vitesse de la bille le long de la trajectoire choisie en dehors
du conduit :
(A) reste constante.
(B) augmente continuellement.
(C) augmente jusqu’à un certain point au-delà duquel elle reste constante.
(D) reste constante jusqu’à un certain point où elle commence à diminuer.
(E) diminue continuellement
b. Laquelle (lesquelles) des forces suivantes agit (agissent) sur la bille lors de son glissement sur la
table en dehors du conduit ?
F1: Une force horizontale dans le sens du mouvement
F2: Une force exercée par la terre suivant la verticale descendante
F3: Une force exercée par la table suivant la verticale ascendante
(A) F1.
(B) F2.
(C) F1 et F2.
(D) F2 et F3.
(E) F1, F2 et F3.