PHYS-F-104Physique 1Examen du 16 janvier 2014I. Théorie (20 points – 1 heure 10')

(1)

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 16 janvier 2014 I. Théorie (20 points – 1 heure 10')

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 16 janvier 2014

(2)

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

c) travail d'une force d) quantité de mouvement (4 points)

(3)

2. Enoncez les lois de la statique, en précisant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(2 points)

(4)

3. Démontrez la relation entre la période de révolution d'une planète autour du Soleil et le rayon de l'orbite de cette planète (3^e loi de Kepler), en définissant toutes les grandeurs que vous introduisez.

(3 points)

(5)

4. Un chat lâché sur le dos, pattes vers le haut, d'une hauteur de un mètre ou deux, re - tombe en général sur ses pattes. Expliquez.

(3 points)

(6)

5. Une sphère pleine faite d'un matériau homogène roule sans glisser sur un plan incliné d'un angle θ par rapport à l'horizontale. Faites un schéma de la situation en définis- sant toutes les forces que vous introduisez. Calculez l'expression de l’accélération de cette sphère, sachant que l'expression du moment d'inertie d'une sphère pleine homo- gène de masse m et de rayon R est 2/5 mR².

(4 points)

(7)

6. Une masse attachée à un ressort horizontal répondant à la loi de Hooke peut glisser sans frottements sur une table horizontale. On écarte la masse de sa position d’équilibre en étirant le ressort, puis on la lâche avec une vitesse nulle. La masse décrit alors un mouvement de va et vient autour de la position d’équilibre.

a) Pour quelle(s) position(s) de la masse l’accélération est-elle maximum en valeur abso- lue, et pourquoi ?

(2 points)

b) Pour quelle(s) position(s) de la masse l’énergie potentielle élastique stockée dans le ressort est-elle maximum, et pourquoi ?

(2 points)

(8)

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

SECTION (barrer les mentions inutiles)

Biologie Géographie Géologie

PHYS-F-104 Physique 1

Examen du 16 janvier 2014 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

(9)

1. Une voiture s'engage dans un virage de 60 mètres de rayon à une vitesse de 50 km/h.

La route est horizontale. Dans le virage, le conducteur appuie sur l’accélérateur, ce qui communique une accélération constante de 3,0 m/s² à la voiture. Pendant combien de temps peut-il accélérer sans déraper vers l’extérieur du virage, si le coefficient de frotte- ment statique entre les pneus et le sol vaut 0,70 ?

(4 points)

(10)

2. On met un CD de 14 grammes dans un lecteur audio. Le CD se met à tourner et atteint une vitesse de 197 tours par minute après 3,2 secondes.

a) Calculez le moment de forces moyen exercé sur le CD, en faisant l'approximation que celui-ci est un disque homogène de 6,0 cm de rayon.

(3 points)

b) En réalité, le CD comporte en son centre un trou circulaire de 0,75 cm de rayon. Pour atteindre la même vitesse de rotation après le même temps, le moment de forces doit-il être plus petit, plus grand ou le même que pour un disque homogène de même masse et de même rayon extérieur, mais sans trou au centre ? Justifiez.

(1 point)

(11)

3. Sachant que la vitesse de libération depuis la surface de la Terre est de 11,3 km/s, calculez la vitesse de libération depuis la surface de la Lune, si celle-ci a un rayon égal à 0,273 fois le rayon terrestre et si l’accélération gravitationnelle à sa surface vaut 0,165 fois celle qu'on trouve à la surface de la Terre. Négligez l'effet de l'attraction supplémentaire causée par la Terre.

(4 points)

(12)

4. Deux masses, l'une de 100 grammes et l'autre de 200 grammes, sont reliées par un ressort d'une raideur de 25 N/m et de 23 cm de longueur au repos. Les masses sont posées sur un plan horizontal et glissent sans frottements sur ce plan. On écarte les masses en allongeant le ressort de 11 cm, puis on les lâche avec une vitesse nulle. Quelle est la vitesse maximum de la masse de 100 grammes au cours du mouvement qui s'ensuit ? Indication : réfléchissez à toutes les grandeurs qui sont conservées.

(4 points)

(13)

5. Une voiture de 1000 kg roulant à 50 km/h freine uniformément sur une distance de 10 mètres puis percute une camionnette de 2000 kg à l’arrêt à un feu rouge. Les deux véhicules encastrés l'un dans l'autre avancent ensemble après le choc avec une vitesse de 3,7 m/s. Quelle était la décélération de la voiture avant le choc ?

(4 points)