PHYS-F-104Physique 1Examen du 21 aout 2014I. Théorie (20 points – 1 heure 10')

(1)

NOM, PRENOM (en majuscules) ….………...……….……

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 21 aout 2014 I. Théorie (20 points – 1 heure 10')

Justifiez toujours vos réponses. Les simples affirmations du type oui / non ne sont pas prises en compte. Seuls les éléments de réponse pertinents seront valorisés.

Les résultats numériques doivent être exprimés - en unités du Système international ;

- avec la précision adéquate, sous peine d’être considérés comme incorrects.

Le cas échéant, prenez g = 10 m s^-2

Note théorie : /20

P.Vanlaer PHYS-F-104 examen 21 aout 2014

(2)

Partie I

1. Définissez, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez : a) produit scalaire de deux vecteurs ⃗a et ⃗b

b) moment cinétique d'une masse ponctuelle par rapport à un point O (2 points)

(3)

Partie I

2. Enoncez les deux premières lois de Newton de la dynamique pour les mouvements de translation, et les deux lois correspondantes pour les mouvements de rotation, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(4 points)

(4)

Partie I

3. Démontrez que, pour qu'un objet soumis à trois forces coplanaires non-parallèles soit en équilibre statique, il faut nécessairement que les trois forces soient concourantes.

(2 points)

(5)

Partie I

4. Etablissez la relation entre la période de révolution et le rayon de l'orbite des planètes du système solaire (3^e loi de Kepler), en supposant leurs orbites circulaires.

(3 points)

(6)

Partie I

5. Une collision parfaitement inélastique a lieu entre une masse en mouvement et une deuxième masse initialement au repos. La première masse s'encastre dans la deuxième, et elles poursuivent ensemble leur mouvement après le choc. Calculez l'expression de l’énergie cinétique après la collision, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(3 points)

(7)

Partie II

6. Etablissez la formule qui donne les longueurs d'onde des ondes stationnaires sur une corde tendue fixée à ses deux extrémités. Précisez toutes les grandeurs que vous introduisez.

(3 points)

(8)

Partie II

7. On observe la figure de diffraction produite à grande distance par une fente rectangulaire éclairée par une lumière monochromatique. Etablissez la formule qui donne la position des minima de diffraction, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(3 points)

(9)

NOM, PRENOM (en majuscules) ..………...……….……

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 21 aout 2014 II. Exercices (20 points – 2 heures)

Justifiez toujours vos réponses. Les simples affirmations du type oui / non ne sont pas prises en compte. Seuls les éléments de réponse pertinents seront valorisés.

Les résultats numériques doivent être exprimés - en unités du Système international ;

- avec la précision adéquate, sous peine d’être considérés comme incorrects.

Le cas échéant, prenez g = 10 m s^-2

Notes : Q1 /4 Q2 /4 Q3 /4 Q4 /4 Q5 /4

Note totale exercices : /20

(10)

Partie I

1. Un camion roule à une vitesse de 55 km/h dans un virage de 120 m de rayon. Un objet est suspendu au rétroviseur du camion par une ficelle. Quel angle cette ficelle fait-elle avec la verticale ? Notez que la chaussée est horizontale (le virage n'est pas incliné).

(4 points)

(11)

Partie I

2. Un bloc est lâché avec une vitesse nulle sur une planche inclinée de 15 degrés par rapport à l'horizontale. Il glisse de 1,20 mètres le long de la planche, puis vient buter contre un ressort posé sur la planche, initialement détendu, et le comprime. Lorsque le bloc s’arrête avec le ressort comprimé, il a parcouru une distance de 1,28 mètres par rapport à l'endroit où il a été lâché. Quel est le coefficient de frottement entre le bloc et la planche si la masse du bloc est de 250 grammes et si la raideur du ressort est de 27 N/m ?

(4 points)

(12)

Partie I

3. Depuis la surface d'une planète sphérique, on tire un boulet de canon verticalement vers le haut, avec une vitesse de 0,74 fois la vitesse de libération (c'est-à-dire une vitesse proche de la vitesse nécessaire pour s'arracher à l'attraction gravitationnelle de cette planète). Le boulet s’éloigne en ralentissant, s’arrête, puis fait demi-tour. Calculez le rapport entre la distance maximum d’éloignement par rapport au centre de la planète et le rayon de celle-ci. Supposez que la planète ne tourne pas sur elle-même et négligez le frottement du boulet dans l’atmosphère de la planète.

(4 points)

(13)

Partie II

4. Un tuyau horizontal est parcouru par de l'eau à un débit de 100 litres par seconde. Le tuyau comporte un étranglement. On mesure la différence de pression Δ p du fluide entre l'endroit où la section du tuyau est la plus grande et l'endroit où la section est la plus petite. Ensuite on remplace l'eau par de l'essence, et on règle le débit de façon à observer la même valeur Δ p pour la différence de pression entre la section la plus grande et la section la plus petite. Quel est le débit d'essence transporté ? Prenez 1000 kg/m³ comme masse volumique de l'eau et 680 kg/m³ comme masse volumique de l'essence.

(4 points)

(14)

Partie II

5. Deux haut-parleurs, le premier fixe et le deuxième mobile, émettent un son de même fréquence. Un microphone est placé à 3,00 mètres du haut-parleur fixe. Lorsqu'on change la position du haut-parleur mobile, en l’écartant du haut-parleur fixe sur l'axe perpendiculaire à la droite qui joint le haut-parleur fixe et le micro, l’intensité du son capté par le micro diminue d'abord, puis augmente, et les maxima et minima d’intensité se succèdent. Le premier minimum est observé lorsque les haut-parleurs sont distants de 1,00 mètre. Quelle est la fréquence du son ? Prenez 340 m/s pour la vitesse du son.

(4 points)