PHYS-F-104Physique 1Examen du 15 juin 2012I. Théorie (20 points – 1 heure)

(1)

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 15 juin 2012 I. Théorie (20 points – 1 heure)

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 juin 2012 02/06/12

(2)

Partie I

1. Définissez, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez : a) moment cinétique d'une masse ponctuelle par rapport à un point O b) coefficient de frottement statique

c) contrainte mécanique (3 points)

(3)

Partie I

2. On considère une masse m suspendue à un ressort qui oscille verticalement autour du point C avec une amplitude L (le ressort est supposé obéir à la loi de Hooke). Quelles sont les positions où sont maximales, en grandeur, la vitesse de la masse m et son accélération ? Justifiez.

(2 points)

(4)

Partie I

3. Les satellites en orbite géostationnaire peuvent-ils être positionnés à n’importe quelle altitude ? Justifiez.

(3 points)

(5)

Partie I

4. Etablissez (démontrez) l'expression de l’énergie potentielle gravitationnelle à proximi- té de la surface de la Terre ( ⃗g supposé constant).

(3 points)

(6)

Partie I

5. Soient deux cylindres de mêmes masses, de mêmes dimensions et que rien ne distingue extérieurement. Ils diffèrent cependant par les matériaux qui les composent et par leur structure : l’un est plein, et l’autre est creux. Comment peut-on déterminer simplement, sans les déformer et sans analyser l’intérieur (rayons X, ultrasons, etc.), quel est le cy- lindre plein ? Justifiez votre réponse.

(3 points)

(7)

Partie II

6. On observe un nombre n de ventres sur une corde vibrante fixée à ses deux extrémi- tés. Démontrez que la fréquence de l'onde stationnaire qui fait vibrer la corde est

f= n

2L

√

^F^μ^T , où L est la longueur de la corde, FT sa tension et μ sa masse linéique.

(3 points)

(8)

Partie II

7. Donnez la relation entre la distance focale d'une lentille, la distance objet et la dis- tance image (relation de conjugaison), en précisant les conventions de signe sur ces trois distances. A quel type de lentille a-t-on affaire si la distance focale est négative ?

(3 points)

(9)

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 15 juin 2012

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. On lâche un bloc au sommet d'un plan incliné long de 85 cm et faisant un angle de 15^o avec l'horizontale. Le bloc glisse en frottant contre la surface du plan incliné (coefficient de frottement 0,10). Au bas du plan incliné, le bloc vient se coller contre un autre bloc initialement immobile dont la masse est 2 fois plus petite, et ils poursuivent ensemble leur mouvement sur une surface horizontale parfaitement lisse. A quelle vitesse se dépla- cent-ils ?

(4 points)

(11)

Partie I

2. Un satellite artificiel comporte un corps cylindrique homogène de 1,2 m de rayon et de 4 m de longueur, dont la masse vaut 600 kg. Il est pourvu de bras légers extensibles, diamétralement opposés, qui comportent chacun une masse de 45 kg à leur extrémité.

Bras repliés, les masses sont contre le corps du satellite et il tourne sur lui-même à une vitesse de 4,0 tours/seconde. Bras déployés, les masses sont situées à 5,0 m de l'axe du satellite. Quelle est alors sa vitesse de rotation ?

(4 points)

(12)

Partie I

3. A la surface d'une planète géante que nous appellerons Gazo, l’attraction gravitationnelle est 2,1 fois plus grande que sur Terre. La masse volumique moyenne de Gazo n'est par contre que de 950 kg/m³. Calculez la vitesse de libération depuis la surface de cette planète.

(4 points)

(13)

Partie II

4. Une bouteille de vinaigre débouchée est posée sur une table. Un cuisinier maladroit perce un petit trou à une hauteur égale à la moitié du niveau du liquide dans la bouteille.

Un jet s’échappe horizontalement, et tombe sur la table à 12 cm de la base de la bouteille. Quel était le niveau de vinaigre dans la bouteille ? Négligez la vitesse à laquelle le niveau descend dans la bouteille.

(4 points)

(14)

Partie II

5. On réalise deux expériences d’interférence dans une piscine avec le dispositif suivant : deux fentes distantes de 0,150 mm qu'on éclaire avec une lumière laser de 633 nm de longueur d'onde. Les franges d’interférence sont observées sur un écran situé à 3,00 m des fentes. Dans la première expérience, la piscine est vide. Dans la deuxième expérience, la piscine est remplie d'un liquide d'indice de réfraction inconnu, et on observe que l’écart entre deux maxima d’interférence successifs est de 8,60 mm.

a) quelle est la distance entre deux maxima successifs dans la première expérience ? (2 points)

b) quel est l'indice de réfraction du liquide ? (2 points)