Probatoire
Physique
C & E
2013
Enoncés
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Exercice 1 : Energie mécanique
A– Solide suspendu à un fil vertical
On constitue un pendule en suspendant une petite sphère métallique assimilable à un point matériel de masse m = 0,2 Kg à un fil sans masse de longueur L = 90 cm. Lorsque le système est à l’équilibre, on admet que son énergie potentielle de pesanteur est nulle. On prend g = 9,8N.kg-1
A.1. Définir : énergie potentielle de pesanteur du système [Terre-pendule].
A.2. On écarte le système de sa position d’équilibre jusqu’à ce que le fil restant toujours tendu fasse à un angle α = 30° avec la verticale.
A.2.1. Calculer l’énergie potentielle de pesanteur du système [Terre-pendule].
A.2.2. On abandonne ensuite le système à lui-même (pas de vitesse initiale).
Calculer la vitesse v de la sphère au passage par la verticale.
B. Solide accroché à un ressort horizontal
Un ressort à spires non-jointives de longueur ℓ0 = 15 cm et de raideur k = 0,5N/cm est disposé horizontalement. Une de ses extrémités est attachée à un support fixe; à son autre extrémité on accroche un petit solide pouvant se déplacer sans frottement sur un guide rectiligne et horizontal. Lorsque l’ensemble est à l’équilibre, le ressort n’est ni tendu, ni compressé. On admet alors que son énergie potentielle élastique est nulle.
B.1. On écarte le système de sa position d’équilibre en déplaçant le solide de 4 cm de façon à compresser le ressort. Calculer, l’intensité F de la force que le ressort exerce sur le solide.
B.2. On lâche le solide et le ressort se détend, entrainant le solide qui part au repos.
B.2.1. Définir : énergie mécanique
B.2.2. Exprimer, l’énergie mécanique du système {ressort-solide} à une position quelconque du solide.
B.2.3. En admettant que l’énergie mécanique du système se conserve, déterminer à quelle distance d de son point de départ la vitesse du solide s’annule.
Exercice 2 : Optique géométrique
A– Le prisme
Un rayon SI arrive sous une incidence, normale sur la face AC d’un prisme en verre d’indice n = 1,5 et dont la section principale a la forme
d’un triangle rectangle isocèle (voir document 1 ci-contre).
d’un triangle rectangle isocèle (voir document 1 ci-contre).A.1. Calculer la valeur de l’angle d’incidence r’ du rayon transmis sur la face AB du prisme.
A.2. Calculer la valeur de l’angle de réfraction limite λ du dioptre air-verre et la comparer à celle de l’angle d’incidence r’ sur la face AB du prisme. Conclure.
A.3. Tracer sur ce document 1 la marche du rayon lumineux à travers le prisme.
A.4. déterminer la déviation D subie par le rayon lumineux.
B– Les lentilles minces
B.1. Construire l’image de l’objet donnée par le système de lentille L1 et L2 sur la figure du document 2 ci-dessous. On a orienté l’axe optique commun des deux lentilles dans le sens de propagation de la lumière.
B.2. A partir du graphique, vérifier que la position de l’image intermédiaire obéit à la relation de conjugaison.
Exercice 3 : L’œil et les instruments d’optique
A L’œil
A.1 Définir: punctum proximum.
A.2. Un œil a son punctum remotum à 100 cm, son punctum proximum à 10 cm. Quel (s) est (sont) le (s) défaut (s) d’accommodation de cet œil? Justifier la réponse.
A.3. Quelles doivent être la nature et la vergence de la lentille qu’il faut accoler à cet œil pour envoyer son punctum remotum à l’infini?
B. Lunette astronomique
Une lunette astronomique est constitué d’un oculaire de distance focale f1 = 3 cm et d’un objectif de distance focale f2 = 300 cm.
B. 1. Expliquer l’expression « lorsque la lunette est afocale ».
B. 2. Lorsque la lunette est afocale, calculer:
B. 2. 1. La distance entre les centres optiques de l’oculaire et de l’objectif.
B. 2. 2. Le grossissement G de la lunette
Exercice 4: Energie électrique
A. Accumulateur au plomb
Le document 3 ci-dessous donnes les courbes représentatives des variations de la f.é.m.. d’un élément d’accumulateur plomb-acide sulfurique pendant la charge et pendant la décharge.
A1. Attribuer à chaque courbe, le fonctionnement correspondant. On justifiera la réponse.
A.2 Décrire un élément de batterie plomb-acide sulfurique. On donnera la nature des électrodes et on précisera celle qui est la borne positive.
A-3. A quel risque expose-t-on une cellule de batterie plomb-acide sulfurique si la f.é.m. de décharge devient inférieur à 1,6V?
A-4 citer un avantage des accumulateur plomb-acide sulfurique.
B. caractéristique d’un groupe électrogène.
Le document de la page suivante donne les caractéristiques d’un groupe électrogène
B– 1 sur le document que signifie (AC)?
B– 2 conversions des formes d’énergie dans le groupe électrogène.
B– 2.1 Quelle est la source utilisée par le groupe électrogène?
B-2.2 quelle forme d’énergie l’alternateur transforme t’il en énergie électrique?
B– 2.3 à l’aide d’un diagramme, indiquer les conversions de formes d’énergie opérées au cours du fonctionnement du groupe électrogène.
B-3 Quelle information apporte l’indication: facteur de puissance 1 ?
B– 4 calculer le rendement électrique de l’alternateur lorsqu’il fournit à une installation (puissance nominale à charge) une tension alternative.
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Caractéristique électrique |
Caractéristiques moteur |
Caractéristique générales |
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Alternateur |
Type « Inventer-sillent » |
Type |
Quatre temps OHV-refroidissement par air |
Dimensions (1 * ρ * h) |
450 * 235 * 380 mm |
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Fréquence |
50HZ |
Cylindré |
50 Cm3 |
Poids à sec |
13 Kg |
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Puissance nominal à charge (AC) |
900 VA | Puissance |
1,61 KW (2ch) à 6500tr/min |
Niveau sonore (LWA) |
88 dB (A) |
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Puissance maxi (AC) |
1000 VA | Carburant |
Essence sans plomb |
Niveau sonore à 7 m |
47 dB (A) mode éco |
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Sortie (AC) |
230 V |
Capacité du réservoir d’essence |
2,5 L | |||
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Intensité nominale |
3,9 A |
Capacité du réservoir d’huile |
0,32 L | |||
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Tension (5DC) |
12 V / 8A |
Mise en route |
Lanceur | |||
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Facteur de puissance |
1 | |||||
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Nb de phases |
Simple | |||||
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Stater |
Direct | |||||
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Autonomie |
4 h 12 h mode
éco |
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Document: Caractéristiques d’un groupe électrogène.
