PHYS-F-104 Physique 1
Examen du 17 juin 2011 I. Théorie (20 points – 1 heure)
PARTIE I
1. Etablissez l’énergie potentielle pour la force gravitationnelle décrite par la loi de Newton.
(3 points)
2. Calculez le moment d’inertie d’un barreau homogène (de masse M et de longueur L) par rapport à l’une de ses extrémités
(3 points)
3. Montrez que, si la somme des forces s’exerçant sur un corps est nulle et si la somme de leurs moments par rapport à un certain point est nulle, celle-ci est nulle par rapport à n’importe quel point.
(3 points)
4. Donnez (sans démontrer) l’équation de Bernoulli (2 points)
5. Une masse m est accrochée à l'extrémité d'un ressort de constante de rappel k et glisse sans frottements sur un plan horizontal. La masse est éloignée de la position d'équilibre en étirant le ressort d'une longueur A.
a) Calculez le travail fourni par la force extérieure.
b) Quelle est l'énergie potentielle élastique stockée dans le ressort étiré ? (3 points)
PARTIE II
6. Dans un microscope composé de deux lentilles convergentes :
a) où le foyer objet de la première lentille doit-il se trouver par rapport à l'objet à observer et pourquoi ?
b) où le foyer objet de la deuxième lentille doit-il être placé pour que l'observation puisse se faire avec un œil détendu et pourquoi ?
(4 points)
7. Donnez la relation entre la vitesse d’une onde et sa fréquence, en définissant les autres grandeurs utilisées.
(2 points)
II. Exercices (20 points – 2 heures)
PARTIE I
1. Une poutre en béton de 15 m de long et d’une masse de 450 kg est posée perpendiculairement au bord d’un canal, sur un sol incliné à 5,5° (le frottement l’empêche de glisser). L’une des extrémités surplombe le canal, et un homme de 80 kg se trouve debout à cette extrémité. A quelle distance maximale, mesurée le long de la poutre, cette extrémité doit-elle se trouver du bord du canal pour que la poutre ne bascule pas ?
(4 points)
2. Un objet d’une masse m = 100 g glisse à l’horizontale sur une surface.
Après 1,00 m, sa vitesse v = 1,00 m/s est divisée par deux à cause du frottement.
Quelle distance parcourra-t-il encore avant de s’arrêter ? (4 points)
3. Un satellite de masse m circule sur une orbite circulaire autour de la Terre, de rayon égal à 2 fois le rayon RT de la Terre.
Quel travail faut-il fournir pour l’amener à circuler sur une orbite circulaire de rayon égal à 3 RT ?
Notez G la constante de Newton et M la masse de la Terre.
(4 points)
PARTIE II
4. Dans une expérience de Young avec deux fentes parallèles, on examine la lumière du soleil, décomposée par interférence, sur un écran placé à un mètre des fentes. Montrez que les spectres d'ordres 1 et 2 ne se recouvrent pas quelle que soit la distance entre les deux fentes. Prenez les longueurs d'onde extrêmes du spectre visible à 770 nm et 390 nm (4 points).
5. Une corde de violon de 55 cm et de masse linéique égale à 0,95 g/m est frottée par un archet. Elle se met à vibrer selon son mode fondamental et un son de 440 Hz de fréquence se fait entendre. A quelle tension la corde est-elle soumise ? (4 points)
