Probatoire
Physique
D & TI
2013
Enoncés
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Exercice 1: Optique et instruments d’optique
1. Lentilles minces sphériques
Une flèche lumineuse \(\overrightarrow {AB} \) de 5 mm de hauteur placée à 2 cm en avant d’une lentille convergente (L) de distance focale f = 5cm. L’objet \(\overrightarrow {AB} \) est perpendiculaire à l’axe principal de la lentille, A étant sur l’axe.
1.1. En utilisant une échelle que vous indiquerez, construire l’image \(\overrightarrow {A'B'} \) donnée de \(\overrightarrow {AB} \) par la lentille (L).
1.2. Déterminer par le calcul la position et la nature de l’image \(\overrightarrow {A'B'} \)
2. Défaut de l’œil
2.1. Définir pour un œil les termes : punctum proximum (PP); punctum remotum (PR).
2.2. Citer les défauts d’accommodation de l’œil.
2.3. Après consultation et examen d’un œil, l’ophtalmologue fournit les information suivantes au patient:
-- Votre œil est trop convergent;
-- Votre distance maximale de vision distincte est D = 2 m.
Les informations données ci-dessus montrent que cet œil est myope. Donner la distance focale d’une lentille correctrice que le patient peut coller à son œil pour ramener son (PR) à l’infini.
3. Lunette astronomique
L’objectif et l’oculaire d’une lunette astronomique ont respectivement pour vergence: C1 = 20δ et C2 = 50δ.
3.1. Calculer la distance focale de chacune de ces deux lentilles.
3.2. Cette lunette est utilisée pour observer un objet très éloigné. L’observateur effectue une mise au point de telle sorte que la distance O1O2 entre les centres optiques de l’objectif et de l’oculaire soit égale à 7 cm.
Tracer jusqu’à son émergence, la marche d’un rayon lumineux incident qui arrive sur l’objectif parallèlement à l’axe optique du système.
Exercice 2: Energie électrique
1. Production d’une tension alternative
1.1. Déplacement d’un aimant devant une bobine.
On considère un circuit fermé, constitué d’une bobine et d’un galvanomètre . Lorsque on approche le pôle sud d’un aimant droit de la bobine suivant l’axe de celle-ci, l’aiguille du galvanomètre dévie.
1.1.1. Comment appelle-t-on le phénomène physique ainsi mis en évidence?
1.1.2. Quelle en est la cause?
1.1.3. Préciser l’inducteur et l’induit.
1.1.4. Faire un schémas de l’expérience et y indiquer le sens du courant induit dans la bobine.
1.2. L’alternateur
1.2.1. Un alternateur comprend deux parties principale. Quel nom donne-t-on:
a) à la partie mobile? b) à la partie fixe?
1.2.2. Un aimant droit constituant la partie mobile d’un alternateur, tourne avec une vitesse angulaire constante ω = 125 rad.s-1 . Son moment d’inertie par rapport à l’axe de rotation est J = 5,12*10-4 kg.m2 . En admettant que le transfert de l’énergie mécanique en énergie électrique dans cet alternateur s’effectue avec un rendement de 75%, déterminer l’énergie électrique que peut fourni cet alternateur.
2. Production du courant continu
2.1. Une pile et un accumulateur permettent tous deux de produire du courant électrique continu.
Quelle différence fondamentale y-a-t-il entre une pile et un accumulateur?
2.2. Un générateur (G) de f.é.m. E = 3V et de résistance interne :
r = 3,2Ω, alimente le moteur d’un jouet, de f.c.é.m. E’=2V et de résistance interne r’=1,8Ω. Déterminer :
2.2.1. L’intensité I du courant qui traverse le moteur du jouet;
2.2.2.La puissance électrique totale fournie par le générateur (G);
2.2.3. La puissance électrique transférée au moteur;
2.2.4. Le rendement énergétique du générateur.
Exercice 3: Energie mécanique
Un petit solide (S) de masse m = 250g, peut glisser sans frottements sur une piste dont le profil est donné sur ci-dessous. Le solide est abandonné sur la piste sans vitesse initiale en A situé à l’altitude hA = 85 cm du sol. Soient B et C deux points de la trajectoire suivie par le solide, tel que hB = 42 cm et hC = 5cm.
On prend le plan horizontal passant par C comme niveau de référence pour l’énergie potentielle de pesanteur.
1. Faire le bilan des forces extérieurs qui s’appliquent sur le solide en un point quelconque de la piste.
2. Calculer :
2.1 Le travail \(W(\overrightarrow P )\) effectué par le poids du solide entre A et B;
2.2 L’énergie mécanique lorsque le solide est en A
2.3. L’énergie cinétique du solide en C.
3. Montrer que l’énergie cinétique du solide lorsqu’il arrive à l’extrémité D de la piste, est égale à celle en C (la portion CD de la piste horizontale).
4. En quittant la piste en D, le solide heurte l’extrémité d’une règle, mobile autour d’un axe horizontal (Δ) passant par son centre de gravité et de moment d’inertie J = 6,1*10-3 kg.m2 . La règle initialement immobile se met en rotation. On admet que le solide transfère au cours du choc, les 4/5 de son énergie cinétique à la règle.
4.1. Calculer la vitesse initiale de rotation ω0 de la règle.
4.2. Cette vitesse décroît régulièrement jusqu’à s’annuler. Interpréter, en faisant un inventaire des forces qui s’appliquent sur la règle. On prendra g = 10N.kg-1.
