c) La variation de l’énergie cinétique est toujours positive

Page 1 sur 3 PARTIE A : EVALUATION DES RESSOURCES INTEGRATRICE 10 POINTS

Exercice 1 : Evaluation des savoirs 4 points

1-1. Définir : théorème de l’énergie cinétique, énergie mécanique, conservation de l’énergie mécanique, non conservation de l'énergie mécanique, mesurande, mesurage. 0,25x6pt 1-2. Qu’elles sont les qualités d’un instrument de mesure ? 0,25x3pt 1-3. Répondre par vrai ou faux: 0,25x7pt a) L’énergie cinétique quadruple lorsque la masse double.

b) Le travail de la force responsable de la rotation d’un solide augmente lorsque l’angle balayé augmente.

c) La variation de l’énergie cinétique est toujours positive.

d) En présence de frottement l’énergie mécanique est constant.

e) Lorsqu’un solide se déplace à vitesse constante, la somme des travaux des forces appliquées est nulle.

f) Dans un système conservatif :

- Si l’énergie potentielle diminue ∆E_P ≤ 0 alors l’énergie cinétique augmente ∆E_C ≥ 0 - Si l’énergie cinétique diminue ∆E_C ≤ 0 alors l’énergie potentielle augmente ∆E_P ≥ 0

Exercice 2 : Savoirs faires 6 points

Partie A : débit d’un liquide 1,25 point

Le débit d'un liquide est calculé en permettant l'écoulement d'un liquide dans une cuve cylindrique (placée verticalement sur un plan) et mesurant la hauteur de la surface du liquide avant et après l'écoulement pour une durée de dix minutes. Le volume collecté au bout de 10 minutes est donné par :

V = (ℎ₂− ℎ₁)𝜋 (^𝑑

2)²

Où h1 et h2 sont les niveaux initial et final du liquide et d le diamètre du réservoir.

2-1. Si h1 = 2 m, h2 = 3 m et d = 2 m calculer le débit du liquide en m³/s 0,75pt 2-2. Si l'erreur possible sur chaque mesure de h1, h2 et d est de ± 1%, estimer l'erreur possible sur la valeur calculée du débit liquide. 0,75pt Partie B : Moment d’une force 3 points

Un volant de masse m assimilable à un disque plein homogène de rayon r tourne dans le sens trigonométrique à la vitesse angulaire de w1 et effectuant n1 tours autour d’un axe ∆ passant par son centre.

2-1. Calculer sa vitesse angulaire. 0,5pt 2-2. Calculer son moment d’inertie J₁ par rapport à l’axe de rotation ∆ 0,5pt 2-3. Calculer son énergie cinétique 0,5pt 2-4. On superpose à ce volant, un second disque homogène de masse m2 = ^𝑚1

2 de même rayon

2-4-1. Quel est le moment d’inertie J₂ du système formé par les deux disques 0,75pt 2-4-2. A quelle vitesse angulaire devra tourner le système pour conserver la même énergie cinétique ? 0,75pt On rappel que le moment d’inertie d’un disque homogène est donnée par J_∆ = ¹

2mr² Partie C : Hauteur maximale d’une pierre 1,5 point

On jette une pierre d’un point O, verticalement vers le haut, avec une vitesse v0 = 12 m/s

2-1. À quelle hauteur h1 au-dessus du point O, la vitesse de la pierre n’est-elle plus que V1 = 6 m/s ? 0,75pt 2-2. Quelle hauteur maximale h2 la pierre atteint-elle par rapport au point O ? 0,75pt

MINESEC LYCEE BILINGUE DE MBANKOMO Département de PCT

Type d’évaluation Epreuve Classe Durée Coef Examinateur : Contrôle n^o 2 physique P^{é re} C 2 h 30mn 4 M. ABOLOGO SERGES

Page 2 sur 3 PARTIE B : EVALUATION DES COMPETENCES 10 POINTS

Exercice 3 : Mesures et incertitudes 5 points

Situation problème 1 : Le but de cet exercice est de déterminer la constante de raideur du ressort d’un ressort.

Ottou dispose d’un solide de masse m = 1 kg assimilable à un point matériel glissant sur une piste formée de 3 parties AB, BC et CD qui sont dans un même plan vertical. - AB représente un arc de cercle de centre 0 et de rayon r = 15 cm Le point O est situé sur la vertical, - BC est une partie rectiligne de longueur L = 50 cm, - CD est un plan incliné d’un angle 𝛽 = 30⁰ par rapport à l’horizontal. Voir fig.1 à l’annexe. Le solide est lancé en A avec une vitesse initiale V⃗⃗ _A telle que VA = 3 m.s^-1

3-1. Consigne 1. En négligeant les frottements sur le tronçon AB, aidez Ottou à déterminer la vitesse au point B défini par l'angle 𝛼 = 60°. 1pt 3-2. Sur tout le trajet ABC existent, en fait, des forces de frottement assimilables à une force unique, tangente à la trajectoire, de valeur f supposée constante.

3-2-1. Consigne 2. Le mobile arrive en C avec une vitesse v⃗ _C d'intensité VC = 2,5 m s^-1. A l’aide de vos

connaissances du cours aidez Ottou à déterminer la valeur de la force f 1pt 3-3. Arrivé en C avec la vitesse Vc = 2,5 m.s^-1, le solide aborde la partie CD et rencontre l'extrémité libre E d'un ressort de constante de raideur k et le comprime d'une longueur maximale EF = x = 3 cm. Seule sur la partie CE = d = 15 cm s'exercent des forces de frottement assimilables à une force unique f tangente à la trajectoire, opposée au mouvement et de valeur constante f = 1 N. Au-delà du point E on néglige les frottements.

3-3-1. Consigne 3. Aidez-le alors à déterminer la valeur de la constante de raideur k du ressort 1pt Situation problème 2 : Le but de cet exercice est de comparer l’énergie cinétique d’un système avant et après le choc

Deux objets identiques A et B, de masse m = 2 kg sont mobiles sans frottement sur un plan. L’objet B, initialement au repos est heurté par l’objet A dont la vitesse est V1 = 4m/s.

Après le choc, les trajectoires des objets A et B sont respectivement à 30° et à 45° de la trajectoire incidente. On admet que le système est pseudo isolé.

3-1. A l’aide de vos connaissances et de l’énoncé comparer l’énergie avant et après le choc et conclure. 2pts

Exercice 4 : Type expérimentale 5 points

La courbe suivante voir fig.2 à l’annexe représente l'énergie potentielle de pesanteur EPP, d'une balle de tennis de masse m = 57 g lâchée sans vitesse initiale d'une hauteur z0 au-dessus du sol, en fonction du temps. On prendra : g = 9.81 m/s le niveau de référence de l'énergie potentielle de pesanteur est le niveau du sol.

4-1. Consigne 1. A l’aide de tes connaissances et de la courbe déterminer l'altitude initiale z0 de la balle, ainsi que son altitude maximale z1 après le premier rebond. Et conclure si la balle est-elle conforme aux spécifications selon lesquelles : « Le rebond de la balle tombant d'une hauteur de 254,00 cm sur une surface plane et dure (en béton par exemple) doit être au minimum de 134,62 cm et inférieur à 147,32 cm. » 2pts 4-2. Consigne 2. A l’aide de vos connaissances et de la courbe et en supposant que tous les frottements sont

négligeables lorsque la balle est en l'air, déterminer l'énergie mécanique E0 de la balle avant son premier rebond ainsi que la valeur de l'énergie mécanique E1 de la balle entre son premier et son deuxième rebond et préciser la proportion de l'énergie mécanique qui a été perdue lors du rebond. 2pts 4-3. Consigne 3. Sur un papier millimétré, tracer l'allure des courbes représentant l'énergie mécanique, l'énergie potentielle de pesanteur et l’énergie cinétique de la balle en fonction du temps lors de son mouvement entre les dates t = 0 s et t = 3,15 s. Justifier brièvement le tracé. 1pt

ASSAPC0210PHY

Page 3 sur 3 ANNEXE

Fig.1

Fig.2