Baccalauréat
Physique
D & TI
2013
Correction
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Exercice 1: Mouvements dans les champs de forces
1.1. Champ de pesanteur

1.1.1 Vitesse du pendule au point G. en utilisant le théorème de l’énergie cinétique, nous avons:
ECG−EC0 =W(→P)+W(→T)
12mv2G−12mv20 =−mg(zG−zG0) =−mg((l−lcos(θ)) −(l−lcos(θ0))) =mgl(cos(θ)−cos(θ0))
v2G−v20 =2gl(cos(θ)−cos(θ0)) vG =√v20+2gl(cos(θ)−cos(θ0))
vG=10,23m/s
1.1.2.a) schéma

Il est soumis à l’action du poids et à la tension du fil.
Supposons le référentiel d’étude galiléen et appliquons le TCI dans la base de Frenet
→P+→T m→aG⇒ →P(−mgcos(θ)−mgsin(θ))→n,→τ +→T(T0)→n,→τ =m→aG(v2ll¨θ)→n,→τ
Suivant le vecteur →τ nous avons
−mgcos(θ)+T =mv2l
⇒T =mv2l+mgcos(θ) avec v2= v20+2gl(cos(θ)−cos(θ0))
T= mv20l +mg(3cos(θ) −2cos(θ0)) T=10,923N
1.2. Champ électrostatique
a) Faisons le schéma montrant le condensateur, la vitesse initiale et les axes du repère choisi.

y=e.E2mv20x2.
Le positron étant de chaque positive +e
c) Donnons l’allure des deux trajectoires

d) Calculons la distance d = S1S2.
S1(x1y1) et S2(x1y2) ⇒S1S2 =√(x1−x1)2+(y1−y2)2 =√(y1−y2)2 =|y1−y2|
Avec: y1=−e.E2mv20l2 et y2=e.E2mv20l2
S1S2=d=e.mv20l2UL S1S2=d=4,44×10−2m
Exercice 2: Système mécanique oscillant
2.1 Il est soumis à l’action du poids et à la tension du fil.
Supposons le référentiel d’étude galiléen et appliquons le TCI dans la base de Frenet

Supposons le référentiel d’étude galiléen et appliquons le TCI dans la base de Frenet
→P+→T =m→aG⇒ →P(−mgcos(θ)−mgsin(θ))→n,→τ +→T(T0)→n,→τ =m→aG(v2ll¨θ)→n,→τ
Suivant le vecteur →τ nous avons
−mgsin(θ) +0=ml¨θ et θ0≺100 avec sin(θ)≈θ
L’équation différentielle devient donc
¨θ+glθ=0
2.2. Calcule la longueur l de ce pendule.
ω20=gl =4π2f20 ⇒l=g4π2f20 l=0,57m
2.3 L’équation horaire θ = g(t) du mouvement
L’oscillateur étant harmonique, son équation horaire est de la forme
θ(t)=θ0sin(ω0t+φ)
À t=0, θ(0) =θ0 =90 3600→2πrad90→x} ⇒x=π20rad
t=0s, θ(0)=θ0 =θ0sin(φ) ⇒sin(φ) =1{φ=π2φ=3π2
La vitesse étant positive à l’instant initiale, nous avons φ=π2 rad
θ(t) =π20sin(ω0t+π2)
2.4. Traçons la courbe θ = g(t)

Exercice 3: Radioactivité et propagation des ondes
3.1. Radioactivité:
3.1.1 a) Ecrivons l’équation générale de la réaction globale.
23892U→ 20682Pb+x42He+y0−1e
3.1.1.b ) calcule x et y.
D’après la loi de Soddy, nous avons
{238=206+4x92=82+2x−y ⇒x=8ety=6
3.2.1 Déterminons le temps t qu’il faudra pour qu’elle soit divisée par 1500.
A(t)=A0exp(−λt) avec A(t)=A01500
A01500 =A0exp(−λ.t) ⇒t=1λln1500 =Tln2ln1500
t=73,85min
3.2. Propagation des ondes mécaniques
3.2.1. Calcule la célérité V des ondes.
V=λ.f=0,308m/s
3.2.2 Dessinons l’aspect de la surface libre de l’eau comprise entre les deux extrémités de la fourche.

3.2.3 Les franges d’interférences se resserrent car, de la formule v=λf , si v reste constante, λ doit diminuer.
Exercice 4 Exploitation d’une fiche de T.P
5.1. Tracer la courbe x = f(t2)
T2(s2) | 0 | 4 | 14 | 36 | 42,25 |
x (m) | 0 | 0,19 | 0,77 | 1,73 | 2,03 |

5.3 justification
•Un fil étant inextensible de masse négligeable, la poulie étant également de masse négligeable
aB=aA =r¨θ=aG
5.4 Montrons que l’accélération a commune de M et de M’ est de la forme: aG=m2M+mg

En effet: d’après le schéma nous avons, à partir du TCI:
Pour le solide (A)
→PA+→TA =mA→aG ⇔→PA|0−PA +→TA|0TA =mA→aG|0aG
Soit : −PA+TA′ =mAaG (1)
Pour le solide (B)
→PB+→TB =mB→aG ⇔→PB|0PB +→TB|0−TB =mB→aG|0aG
Soit : PB−TB =mBaG (2)
D’après le principe des actions réciproques
TA=TA′ et TB=TB′
La masse de la poulie étant négligeable, nous avons:
MΔ(TA′) +MΔ(TB′) =JΔ¨θ=0
−rTA′+rTB′ =0⇒TA′=TB′
Ainsi : TA=TB =mB.g−mBaG =mA.g+mAaG
aG=mB−mAmB+mAg =M+m−MM+m+Mg =mm+2Mg
La loi horaire des ( A ) et ( B ) système est dont de la forme
x(t) =12.m(m+2M)g.t2
- Déterminons la valeur expérimentale gexp de l’accélération de la pesanteur du lieu de l’expérience
De la droite précédente, nous avons la pente suivante:
p=tan(θ) =ΔxΔt2 =2,03−0,242,25−4 =47,85×10−3 g=2p(m+2M)m g=9,667N/kg