Sujet UE 3.1 29.09.12populaire

Concours blanc PAES
Samedi 29 Septembre 2012
UE 3.1 : Organisation des appareils et systèmes :
bases physiques des méthodes d’exploration
Durée : 1 h 00 min
Documents et calculatrices autorisés
RECOMMANDATIONS IMPORTANTES
AVANT DE COMMENCER L’EPREUVE
Vous avez à votre disposition un fascicule de 13 questions QCM.
(Réponses à reporter sur la grille de QCM)
Assurez-vous que ce fascicule comporte bien 5 pages sans compter celle-ci.
Dans le cas contraire, prévenez immédiatement un tuteur.
AUCUNE RECLAMATION NE SERA ADMISE PAR LA SUITE
OBLIGATIONS CONCERNANT LA FEUILLE DE REPONSES AUX QCM
Vous devez absolument utiliser un stylo ou un feutre noir pour cocher votre réponse définitive
sur la feuille de réponses. Il est vivement conseillé de remplir tout d’abord cette feuille au crayon
(vous pouvez gommer), puis repasser les réponses à l’encre. Les feuilles de réponses remplies
au crayon seront affectées de la note zéro.
Vous ne devez normalement remplir que la première des deux lignes prévues pour la réponse à chaque question. En cas d’erreur à l’encre, vous devez utiliser la seconde ligne prévue
pour chaque question. En cas d’erreurs multiples, il vaut mieux remplir une nouvelle feuille où
vous devrez reporter :
NOM, PRENOM, MATIERE, N˚ d’ETUDIANT, N˚ de TUTORAT
Données :
Accélération de la pesanteur :
Perméabilité du vide :
Exercice n°1 (2 points)
On dispose d’une balance constituée d’une tige pouvant pivoter dans le plan de la figure autour d’un
point O, d’un plateau fixé à l’une de ses extrémités et d’un contrepoids coulissant sur l’autre
branche. Pour déterminer la masse de l’objet, on le place sur le plateau, et on fait coulisser le
contrepoids le long de la tige jusqu’à obtenir un équilibre du montage.
Le plateau est situé à une distance du point O. On note
au point O. On néglige le poids de la tige et du plateau.
Données :
g
cm
1) Quelle est la masse
la masse du contrepoids et
sa distance
cm
de l’objet considéré ?
A) 0,5 kg
B) 1,0 kg
C) 2,0 kg
On rapproche le contrepoids de O, que se passe-t-il ?
D) La tige tourne dans le sens trigonométrique positif.
E) La tige tourne dans le sens trigonométrique négatif.
On décide maintenant de fixer le contrepoids à une distance
cm du point O.
On laisse l’objet sur le plateau et on dispose pour l’équilibrer d’une gamme de contrepoids de
masses différentes.
2) Quelle sera la masse du contrepoids choisi ?
A)
B)
C)
D)
E)
10 g
100 g
400 g
1 kg
2 kg
1
Exercice n°2 (8 points)
Deux P2 décident durant leurs temps libre d’étudier le mouvement d’un wagon de grand huit
(considéré ici comme un point matériel) avant de monter dedans (on ne sait jamais ça peut être
dangereux).
Une fois assis dans le wagon, ils forment avec lui un système de masse m = 195kg, durant tout
l’exercice nous utiliserons l’appellation « le wagon » pour désigner le système composé du wagon et
de ces 2 occupants.
Celui-ci se déplace du point A au point F après avoir fait un looping (partie circulaire BCDE).
Partie 1 : Trajet AB
Le wagon avec nos chers P2 passe au point A, à t=O à x=O à la vitesse vA= 2m/s et descend sans
frottement jusqu’au point B. L'angle formé par la piste avec l'horizontale est α = 53°. La hauteur du
point A est zA = 8,0m et celle du point B est zB=0.
On arrondira au dixième les résultats et calculs intermédiaires.
Soient (A ;
le repère tel que dessiné sur le schéma
3) Quelle est la quantité de mouvement
au point A
A)
B)
C)
D)
E)
2
4) Sachant que la norme de la réaction du support est
.
Donner son expression dans le repère (O ;
A)
B)
C)
D)
E) Aucune des réponses
5) Quelle est la résultante
de l’air.
des forces appliquées au système en A, nous négligerons les frottements
A)
B)
C)
D)
E)
6) Quel est le travail des forces qui s’exercent sur le wagon pendant le trajet AB?
A)
B)
C)
D)
E)
14783 J
15346 J
15288J
14907 J
54 J
7) Sachant que la vitesse du wagon au point B est vB= 12,6 m.s-1, quel est l’énergie cinétique Ek du
wagon au point B ?
A)
B)
C)
D)
E)
15479 N
30,958 J
2457 N
1228,5 J
15,479 kJ
Partie 2 : Le looping
On s’intéresse désormais au trajet BCDE. Soit G le centre du cercle décrit par le wagon pendant le
looping. Le système arrive au point B à la vitesse VB = 12,6m.s-1. Il effectue la partie circulaire B-C-D et
E dans le plan vertical. Le rayon du cercle est r = 3,0m.
3
On se place dans le repère (
8) Quel est le moment
tel que dessiné sur le schéma.
de la pesanteur
appliquée en D par rapport au point G?
A)
B)
C)
D) –
E)
9) Sachant que respectivement les vitesses du wagon au point C et au point F sont vC = 12,6 m/s et vF
= 9,2 m/s, calculer le travail de toutes les forces s’exerçant sur le wagon pendant le trajet CF.
A)
B)
C)
D)
E)
-14453 J
7226,7 J
28907
– 7226,7 J
14453 J
Exercice n°3 (5 points)
Péhun et Pédeux sont sur un manège de masse nulle et de diamètre 10m, manque de bol le moteur
tombe en panne et le manège s’arrête. Le Péhun se propose gentiment de remplacer le moteur et
descend pour pousser. En considérant le manège dans un référentiel cylindrique, le péhun pousse
selon le vecteur avec une force constante de 10N ; le pédeux est considéré comme un point
massique de 70kg. On négligera les frottements.
10) Combien de temps lui faut-il pour faire 5 tours ?
A)
B)
C)
D)
E)
11) En réalité le manège ne s’arrête pas totalement et quand le péhun commence à pousser il a une
vitesse vo.
Sachant qu’avec cette vitesse le péhun met 40 sec pour faire les 5 tours quelle était la vitesse initiale
vo ?
A)
B)
C)
D)
E)
4
Exercice n°4 (5 points)
On considère un fil infini parcouru par un courant d’intensité I = 20 mA qui aurait été tordu autour
d’un point que l’on prendra comme origine du repère de telle sorte qu’on peut le décrire de la façon
suivante :
Une extrémité (fragment 1) rectiligne et contenue dans un plan parallèle à xOz et coupant
l’axe Oy en y = 4 cm
Un fragment (2) décrivant un demi cercle de rayon r = 4cm
L’autre extrémité (fragment 3) est également rectiligne et contenue dans un plan parallèle à
xOz et coupant Oy en y = - 4 cm
Le courant circule dans le sens indiqué sur le schéma suivant :
12) Déterminer la contribution du premier fragment au champ qui règne en O ?
A)
B)
C)
D)
E)
13) Déterminer le champ total qui règne en O
A.
B.
C.
D.
E.
5