Récapitulatif des exercices donnés aux cours et en remédiation reussir@proximus.be Physique Université de Namur

(1)

reussir@proximus.be – Page 1 sur 61

Physique

Université de Namur

Bac 1 médecine

Récapitulatif des exercices

donnés aux cours et en remédiation

reussir@proximus.be

(2)

Général

(3)

Mécanique

(4)

reussir@proximus.be – Page 4 sur 61 Solution

(5)

Solution

(6)

Optique

(7)

(8)

(9)

(10)

1 1

59 6 65 0.167 m 17 cm Réponse : 3

0.017 x

PR       

(11)

(12)

a) V, b) F, c) V, d) F, e) F

(13)

reussir@proximus.be – Page 13 sur 61 a) V ; b) F ; c) V ; d) F ; e) F ; f) F

(14)

Electricité

Solution

 

1 1 2 2 1 1

1 2 2 2 2 2 2 1

1 2 1 1

1 2

1 , 2 8 8 A : Faux

4 4 16 4

2 1 est l'inverse d'un temps B : Faux 3 Voir Kane p436 C : Vrai

4 Le potentiel au repos de l'axone est à 90 mV par rapport à

l l l l l l

R R R R

D D D D

S S

RC

             

   





 

l'extérieur.

Voir Kane p464 D : Vrai

5 Certains axones d'animaux évolué sont entourés de cellules de Schwann qui forment une gaine de myéline, réduisant la capacité de a membrane et accroissant sa résis



tance.

Voir Kane p462 E: Faux Conclusion. Réponse 5



(15)

Le potentielle électrique d'une distribution de charges peut être nulle.

Exemple : tout objet non chargé est une distribution de charges + et , et son potentielle est nul Affirmation est fausse





D'autre part, on sait que potentielle et énergie sont définit par

La justification est vraie.

Conclusion : proposition 4

i j i

i ij

V U

kq U kq q

V V U

r q r

  



 

Que se passe-t-il lorsque

a) On diminue la distance d entre les armatures d’un condensateur chargé et connecté ? b) On introduit un diélectrique de permittivité relative  entre les armatures d’un

condensateur chargé et non connecté ?

c) On introduit un diélectrique de permittivité relative  entre les armatures d’un condensateur chargé et connecté ?

Expliquez ce que deviennent : C, E, V, q, U Solution

(16)

reussir@proximus.be – Page 16 sur 61 Lorsqu'un condensateur reste connecté, la différence de potentiel aux bornes du condensateur reste constante : cste. Comme la capacité augmente suite à l'introduction du diélectrique la charge augme

 V nte.

Lorsqu'il est déconnecté, la charge reste constante : cste. Comme la capacité augmente à cause du diélectrique, la ddp diminue.

q

Solution

 

19 2 2

9 12

2 9

12 9

19 19

9

8

1.6 10

9 10 2.3 10 N

10 10

2.3 10 10 10

avec 0.144 V

1.6 10 1.6 10

Ou bien : 9 10 0.144 V

10 F ke

r

F V Fd

E E V

q d q

V kQ d



 



     



  

     



    

a) b) c)

(17)

 

^//

 

//

On décompose la force poids selon la direction horizontale et la direction du fil est annulé par la tension dans le fil . La force est équilibrée par la force de Coulom

f

G G G

G T G

2

// // 2

3

7 9

b 0 tan . La distance entre les deux charges est 2 sin . On a alors

tan 2 10 9.81 tan15

2 sin 2 1 sin15 4 10 C 0.4 nC

9 10

C C

G F G F mg kq r

r r l

q l mg

k

 

       

 

    

         



(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

4 27

27 19

Solution

Il s'agit du mouvement d'une particule dans un champ magnétique.

On sait que 1 G = 10 T et que 1 uma = 1.66054 10 kg Donc :

32 1.66054 10

0.166 T soit 1660 G 2 1.6 10

Pr

mv mv

R B

Bq Rq

 



 

    

 

 oposition 5

Note : dans le cas, par exemple du Ca, la charge est doublée.q

(23)

0  

0 0

0 2

0 0

Solution

Capacité sans diélectrique Permittivité du vide

Surface des armatures (m ) Distance entre les armatures (m) Capacité avec diélectrique . Capacité sans diélectrique

Constante

C F

C S

d S

d C

C K C C

K

 



diélectrique

De plus : et

Si l'isolant remplit complètement le volume entre les lames du condensateurs, la capacité augment car est toujours 1. Oui.

L'isolant crée un champ magnétique indui

E V q CV

q

K

 

 

t.

Mais attention :

Le diminue si le condensateur chargé n'est pas relié à la pile.

Alors : , et

Le reste constant si le condensateur chargé est relié à la pile.

Alors : et Donc, la jus

Etot

E V C

E

q C

tification est vraie mais ce n'est pas vraiment une justification.

Conclusion : proposition 2.

(24)

1) Un fil parcouru par un courant crée un champ d’induction magnétique.

2) Un fil placé dans un champ d’induction magnétique extérieur subit une force magnétique (Loi de Laplace)

3) Isolons deux spires et appliquons la règle de la main droite.

a. La spire 1 se trouve dans le champ magnétique de B₂. Il apparaît une force magnétique F dirigée vers la spire 2.

b. La spire 2 se trouve dans le champ magnétique de B₁. Il apparaît une force magnétique F dirigée vers la spire 1.

c. Par conséquent les spires sont attirées l’une vers l’autre et donc se resserent.

(25)

I I

Spire 1

Spire 2

F

F B1

B2

Vrai, Faux, Vrai, Faux

Vrai, Faux, Faux, Faux

(26)

4 3

2

6 6

Solution

10 2 10 20

2 2 20

894, 43 V

2 50 10

50 10 894.43 44 mC

U Pt J

CV U

U V

C q CV



    

     



    

 

0 0 0

6 6

6 0

3 2

2 2

6

1) 1 0.9 1 0.1

ln 0.1 0.2 10 50 10 ln 0.1 23.03 s

2) 50 10 200 1 1 6.321 mC

6.321 10

3) 0.4 J

2 2 2 50 10

t t t

q q e q q e e

t RC

q q q

e

CV q

U C

  

  



   

        

   

        

 

      

    

 

(27)

2 2 2

2

2 6 2

0

1 200 1

4) . . 27.07 mV

0.2 10

50 10 200

5) 1 J

2 2

6) 1 1 1 ln 2

2

t

t t

V V

P RI R e

R R e e

U CV

q q e e t





 

 

 

       

 

  

   

        

   

(28)

(29)

 

2

27 19

6 27

27 20

2 27 20 2

Solution

Particule dans un champ magnétique

2 1.67264 10 kg

0.1 1 1.6 10

9.6 10 m/s 1.67264 10

1.67264 10 1.6 10 kg.m/s

1 1.67264 10 1.6 10 7

2 2

proton

mv mv

R p mv E

Bq m v RBq

m p mv E mv



 

  

 

  

   



    

       66 10 ^¹⁴ J

(30)

(31)

Si le champ magnétique est parallèle à la direction du mouvement de la charge, il n'y a pas de force.

Si le champ magnétique est perpendiculaire à la direction du mouvement de la charge, il y a une force.

Ici la direction n'étant pas précisée, on doit admettre qu'il y a une force.

D'autre part, le moment dipolaire peut interagir avec un champ éxtérieur, mais ce n'est pas une justifica

peutêtre

tion.

(32)

Ondes

Solution

(33)

(34)

En se basant sur la résolution de l’exercice précédent, on a directement : Fréquence émise

Fréquence de battement Vitesse du son

Vitesse cherchée

bat bat

f v x f

f f f

v v x

x

  



On réarrange pour isoler le x. On obtient au final :

6

2 2 car

600 1540 0.2053 m/s 2 2.25 10

bat bat

f f

x v v f f

f f f

x

  



   

 

Solution

a) Si le tuyau est fermé, on a : 52 cm ³⁴⁰ 654 Hz

2 0.52

L      f v 

 Si le tuyau est ouvert à une extrémité, on a

104 cm 340 327 Hz

4 0.104

L      f v 



b) L’oreille externe peut être assimilée à un conduit de 2.7 cm de long. On a alors 2.7 4 10.8 cm

    . Ce qui correspond à une fréquence de ³⁴⁰ 3148 Hz 0.108

f  

On vérifie sur les courbes de Fletcher que cette fréquence correspond au maximum de sensibilité de l’oreille.

(35)

2 1 1

2

0 0 0

2

2 2 1

1 1 2 2 2 1

2 2

2

a) 10log 10log10 10log 10log10 80 dB

b) Les ondes sonores se déplacent selon des surfaces sphériques. L'énergie sur une surface reste constante :

10log

I I I

DB I I I

I R I R I I R R DB I

    

 

     

 



2

1 1 1 1

0 2 2 0 2

10log 10log 20log 140 20log 30 140 20 120 dB

300

I R I R

I I R I R

 

         

 

10

Solution

On observe une diffraction si la longueur d'onde utilisée est environ la taille de l'objet.

Or les longueurs des "barreaux" de l'ADN sont de l'ordre de quelques A (1A 10 m).

La structure de

 

l'ADN n'est donc visible que dans les RX.

Les infrarouges sont de l'odre de 600 nm. Il n'est pas possible de voir la structure avec des IR.

L'affirmation est donc fausse et la justification est vraie.

C

 

onclusion : proposition 4

(36)

(37)

 

9

10

Solution

Condition de Bragg - diffraction des RX

Ordre : 1, 2, 3,....

Angle par rapport aux plans 2 sin

Distance entre les plans (m) Longueur d'onde des RX m 1 0.13 10

4.2 10 m 2 sin 2 sin 9

Concl

m

d m

d d m

 

   



  

   

 

usion : proposition 3

(38)

(39)

(40)

Physique moderne – Rayonnements

Solution

(41)

 

4 8 2 4

8 4 2

2

Solution

Loi de Stefan : 5.67 10 W/m

5.67 10 34 273 503.66 W/m

5.67 10 10 273 363.69 W/m

503.66 363.69 140 W/m Conclusion : proposition 3

émission absorption

nette

I T K

I I I



     

     

 

    



  

1 1 2 2 31 4 0.2

0 0 0

1

1 1 1

Solution

Atténuation des

0.03

ln 0.03 3 0.8 3 ln 0.03 0.8 0.9 cm

X

x x

R

I I e^ e^ I I e^{   }



  

            

(42)

(43)

1

3 3

3

Solution

Voir cours théorique.

L'atténuation est donnée par

Atténuation linéique (m ) Constante

. Numéro atomique du matériau Energie des photons (J)

Masse volumique du matériau (kg/m ) Si

Z k

k Z

E E

E Z

 

  





Les tissus organiques contiennent des atomes dont le est petit

L'affirmation est vraie. La justification est vraie mais ce n'est pas vraiment la justification.

Z



 

 

1

3 3

3

'

Solution

Masse volumique du matériau (kg/m ) . 2

Z k

k Z

E E

k Z

 

  



   ₃ ³

 

² ^{16 .} ³₃ ¹⁶

Conclusion : proposition 5 k Z

E   E   

(44)

2 2

3

Solution

Rayonnement du corps noir

Puissance (W)

Intensité lumineuse (W/m ) Aire (m )

Loi de Wien : Longueur d'onde à laquelle le rayonnement est le plus intense Longueur d'onde (m)

= 2.898 10 (m

P

P IA I

A

B B

T







2

4

2 4

4

max max max min

.°K) Température (°K) Loi de Stefan

Intensité lumineuse (W/m ) Emissivité (corps noir 1) Température (°K)

5.67 10 W.m . Donc

Conclusion : proposition 3 T

I

e e

I e T

T

K

P I T

  

  

 

   

4 4

4

Solution

Si 2 2 et 16 proposition 1

P IA

T T I P

I T

 

      

  

(45)

3

7

8

14 7

Solution

2.897 10

7.245 10 m 724.5 nm (rouge) 4000

3 10 4.14 10 Hz

7.245 10 B

T f c

 



      

    

 

Solution

Il y a compétition entre le rayonnement émis par Albert et celui-ci reçu. On suppose l’émissivité e = 1.

 

4 8 4

1 5.67 10 2 273.15 32 983.3 W 1 5.67 10 2 273.15 18 814.85 W 814.85 983.3 168 W

émis

abs net

P e AT P e AT P



        

   

Albert se refroidit.

Note : ceci correspond au rayonnement, il faudrait encore ajouter les pertes par convection

Solution

(46)

En thermographie, on montre que la puissance rayonnée par la peau est dans le domaine des infrarouge.

(47)

1

3 3

3

Solution

Masse volumique du matériau (kg/m ) L'atténu

Z k

k Z

E E

 

  



ation n'est donc pas proportionnelle à l'énergie initiale. La proposition est fausse.

L'atténuation est du à l'effet photoélectrique et à l'effet Compton. La justification est vraie.

Solution

Voir cours théorique et le graphique de M Plumat Conclusion : proposition 2

air graisse muscles os

      

(48)

(49)

0

Solution

La diminution de l'intensité suit une loi exponentielle . La proposition et la justification sont fausses.

I I e^x

Réponse C

Réponse B

(50)

(51)

 

3 max

3

9 3

max 9

Solution

Loi de Wien : . 2.898 10 m°K 2.898 10

500 nm 500 10 m 5796 °K 5.8 10 °K

500 10 Conclusion : proposition 2

T



 



  

         



(52)

 

2 2

34 8 19

Solution

13.6 eV 13.6 eV représente l'énergie permise la plus basse pour un électron.

et avec 6.62 10 J.s, 3 10 m/s et 1eV 1.6 10 J La raie rouge correspond au passage de 3

E Z

n

E hf c h c

f

n

 

 

        



19

19 8

14 9

34 14

à 2 13.6 13.6

1.89 eV 3.02 10 J

9 4

Note : on calcul des différences d'énergie en valeur absolue.

3.02 10 3 10

4.57 10 Hz = 657 10 m 657 nm

6.62 10 4.57 10

On peut aussi utiliser l

n E

f E h



 





      

 

         

 

2 2

2 2 2 2

a formule de Balmer qui permet de calculer les longueurs d'ondes des 4 raies du spectre visible de l'hydrogène.

1 1 1 1 4

3, 4,5 ou 6 = 365.56 avec en nm

2 4 4

est la constan

H

H H

m m

R m

m R m m

R

 

        

    

3 4 5 6

te de Rydbergh On calcule alors

656.21 nm 486.08 nm 434 nm 410.03 nm

Rouge Vert Bleu Violet

       

(53)

Voir théorie sur le spectre de la lumière solaire.

La température de surface du Soleil est d'environ 6000°K, alors que la température du filament d'une ampoule à incandescence est seulement de 3500 °K.

La proposition est vraie, mais la justification est fausse.

IRM - rappels

0 0 0

Pour l'atome d'hydrogène, la fréquence de précession (précession de Larmor) est donnée par

1 2.79. . aimantation

2 _proton

f q B B

m

 

    

(54)

0 0 0 0

,

0 0

Solution

2 et 1 .2.79. . 2

2.79. .

2

Donc l'affirmation est vraie car si double alors double et la justification est vraie car est proportionnel à mais

proton

spin proton

proton

f f q B

m

q h

m

B f

q

   



 



 ce n'est pas vraiment une justification.

(55)

(56)

Voir théorie sur IRM

Affirmation vraie, justification vraie mais n'est pas vraiment la justification.

Solution. Réponses a et d

(57)

Fluides

Solution

Il suffit d’appliquer le théorème de Bernoulli.

 

^ ^

2 2 2

2

2 2

1

2 2 2 2

2 0.6 2 9.81 0.12 0.10 0.867 m/s

A B A

atm A atm B B A B

B A A B

v v v

P gh P gh v gh gh

v v g h h

  

            

        

Solution

Le nombre de Reynolds dans un tube est définit par

3

3 2 3

3

Masse volumique (kg/m ) Vitesse moyenne (m/s) 2

Rayon du tube (m)

Viscosité dynamique (Pa.s) 2 1.0595 10 1.99 10 4 10

2.084 10 80.9

R

vR v

N R

N

  





 



     

  

Le nombre de Reynolds étant largement inférieur à 2000, l’écoulem ent doit être considéré comme laminaire.

(58)

2

4

Débit:

2

Résistance: 8 en écoulement laminaire.

Perte de charge: .

f

Q R v v Q

R R l

R P R Q

   



 



 

 

4

2 2

1) Si est constant

2 16 16 16

16 4 donc 16

2

2) Si est constant 16

f

P

R R R Q

Q Q

v v

R R

Q P



      

    

 

  

Solution

 

2 2

2 4

4

2 3 6 2

3

2 3 2

;

8 8

.6 10 3.5 10 1

3.891 10 Pa.s

8 8 10

f

l R l

v Q R v

t t R l R

P R t P l

Q P

R l

PR t l

 



 

            

 

     

     



(59)

3 Poussée d'Archimède

Poids du corps

dans l'eau douce

Poussée d'Archimède Poids du corps

dans la mer Morte

1000 0.95 950 kg/m

ED

corps corps ED ED corps ED

corps

corps corps MM MM

V g V g V

V

V g V g

         

   950

0.714 71%

1330

corps MM

V V

   



Solution

3 Poids du bloc

Poussé d'Archimède dans l'eau

3 Poids du bloc

Poussé d'Archimède dans l'huile

2 2

667 kg/m

3 3

9 10

741 kg/m

10 9

bois eau bois eau

bois huile huile bois

Ah g Ah g

       

Solution

Le cœur de la girafe est de 11 kg, au myocarde renforcé, pompe 60 litres de sang et bat à 170 pulsations par minute, ce qui donne une pression artérielle deux fois supérieure à la pression humaine. Dans les artères du cou, tout un réseau de muscles annulaires aide à hisser le sang jusqu'au cerveau. Lorsque l'animal baisse la tête au sol, les valvules de la jugulaire empêchent le sang de retomber vers le cerveau (ce qui conduirait à un « voile rouge). En bas des jambes où la pression est énorme, un système de capillaires sanguins très résistants, comparables à ceux de l'espèce humaine, empêche un œdème fatal.

(60)

Exprimons que les pressions à la hauteur de l’interface entre les liquides 1 et 2 sont les mêmes dans les deux branches.

1 2

2 2 3 3

2 2 3 3 1

Pression dans Pression dans 1

1000 10 700 22

19.54 cm

atm atm 1300

S S

h h

P   gh   gh P  gh h        



Solution

Il faut que la pression au bout de la seringue surpasse la pression atmosphérique de 20 torr

 P 20 torr2660.47 Pa pour égaliser la pression dans la veine.

(61)

 

Pression Perte de charge hydraustatique dans la seringue

3 8 3

3 2

11 3

4 3 4

Or 4 cm / min 6.667 10 m /

8 8 4 10 4 10

1.0430 10 Pa.s.m 0.25 10

seringue

veine atm atm seringue

f

P P

P P P P gh P h

g

Q s

R l R P



 



  

         



  

    

   

   

 ¹¹ ⁸

3

. 1.0430 10 6.667 10 6953.93 Pa 2660.45 6953.93

Donc : 0.926 m 93 cm

1.0585 10 9.81

seringue R Qf

h



     

  

 