PHYS-F-104Physique 1Examen du 29 mai 2015I. Théorie (20 points – 1h20')

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie Pharmacie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 29 mai 2015 I. Théorie (20 points – 1h20')

Justifiez toujours vos réponses. Les simples affirmations du type oui / non ne seront 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 29 mai 2015

(2)

Partie I

1. Définissez, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez : a) quantité de mouvement d’une masse ponctuelle

b) constante de gravitation universelle de Newton (2 points)

(3)

Partie I

2 . Enoncez la loi d'inertie et la loi de la dynamique (1e et 2e lois de Newton) pour les mouvements de translation. Enoncez les deux lois correspondantes pour les mouvements de rotation. Précisez toutes les grandeurs que vous introduisez.

(4 points)

(4)

Partie I

3. Calculez le moment d'inertie d'un disque homogène par rapport à un axe de rotation perpendiculaire au disque et passant par son centre.

(3 points)

(5)

Partie I

4. Un petit satellite est en orbite circulaire autour de la Terre. Le rayon de cette orbite est grand par rapport au rayon de la Terre.

a) Etablissez (démontrez) l'expression de l'énergie potentielle de ce satellite.

(3 points)

b) Etablissez (démontrez) l'expression de l'énergie cinétique de ce satellite.

(2 points)

Précisez toutes les grandeurs que vous introduisez.

(6)

Partie II

5. Une masse accrochée à un ressort horizontal oscille librement sur une table horizon- tale sans frottements. Le ressort est conforme à la loi de Hooke.

a) Donnez et justifiez l'expression de la période d'oscillation.

(2 points)

b) Pour quelle(s) position(s) de la masse l'énergie cinétique est-elle maximale ? Justifiez.

(2 points)

(7)

Partie II

6. Une membrane biologique mince comporte une densité d'ions positifs +s sur l'une de ses faces et une densité d'ions négatifs -s sur l'autre face. Donnez l'expression du champ électrostatique dans cette membrane, en précisant toutes les grandeurs que vous intro- duisez. Donnez l'expression de la différence de potentiel entre les faces de cette mem- brane, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(2 points)

(8)

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie Pharmacie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 29 mai 2015 II. Exercices (20 points – 2h)

Justifiez toujours vos réponses. Les simples affirmations du type oui / non ne seront 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

(9)

Partie I

1. Une voiture fait une sortie de route à 90 km/h et descend une prairie en pente, de 100 mètres de longueur. Elle s'arrête au bas de la pente, en s'enfonçant de 1,2 mètres dans une haie plantée sur un sol horizontal. Calculez la décélération, supposée constante, pen- dant que la voiture s'enfonce dans la haie. Le pré est incliné de 8,0 degrés par rapport à l'horizontale et le coefficient de frottement entre la voiture et la terre du pré est de 0,40.

Supposez que la voiture ne se déforme pas.

(4 points)

(10)

Partie I

2. On pousse un enfant de 18 kg sur une balançoire constituée d'une planche suspendue par deux fils de 2,2 mètres de longueur. La balançoire s'élève de 60 cm par rapport à sa position de repos avant de s'arrêter, puis de revenir en arrière. Quelle est la tension dans les fils lorsque la balançoire repasse par la position de repos ? Négligez la masse de la planche et tous les frottements ; supposez que l'enfant ne fait aucun mouvement pendant qu'il se balance.

(4 points)

(11)

Partie I

3. Une planète homogène sphérique a un rayon égal à quatre fois celui de la Terre. La vitesse de libération depuis la surface de cette planète vaut deux fois la vitesse de libération depuis la surface de la Terre.

a) Exprimez la masse volumique moyenne de cette planète en fonction de celle de la Terre.

(2 points)

b) Exprimez l'accélération de la chute libre à la surface de cette planète en fonction de celle de la Terre.

(2 points)

(12)

Partie II

4. Deux grandes cuves identiques ouvertes à l'air libre sont posées l'une à coté de l'autre sur un sol horizontal. La première est remplie d'eau à ras bord, et la deuxième, d'essence, à ras bord également. Les cuves comportent chacune une vanne placée à mi- hauteur de la cuve. On ouvre les deux vannes en même temps et les deux jets de liquide s'échappent horizontalement. Calculez la distance à laquelle les jets touchent le sol, par rapport à la base des cuves, en fonction de la hauteurh des cuves. Lequel des jets touche le sol le plus loin ? On donne la masse volumique de l'eau, 1000 kg/m³ et celle de l'essence, 700 kg/m³.

(4 points)

(13)

Partie II

5. Deux plaques conductrices identiques d'une surface de 10 cm² sont disposées parallèlement dans l'air, séparées d'une distance de 10 micromètres. Elles sont initialement déchargées. On relie l'une des plaques à la borne positive d'une pile de 9,0 V par un fil de résistance R inconnue. On relie ensuite l'autre plaque à la borne négative de la pile avec un fil de résistance négligeable. 8,0 microsecondes après avoir connecté la deuxième borne, la différence de potentiel entre les deux plaques est de 7,2 V. Calculez la valeur de la résistance R. Prenez 8,85.10^-12 C²N^-1m^-2 comme valeur de la permittivité de l'air.

(4 points)