QCM : champ électrique, chute, flux thermique, mouvement circulaire uniforme, CAN. Concours kiné EFOM 2015

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14. Une gouttelette d'huile ponctuelle, de masse m, portant la charge électriqueq = +10 nC, est placée en équilibre entre les armatures A et B d'un condensateur plan. Ces armatures, soumises à une tension U, sont horizontales et distantes de d =2,0 cm. Le champ électrique est supposé uniforme entre les armatures, a pour valeur E = 5,0 104 V/m et pointe vers l'armature B. On prendra g = 10 m s-2.
- L'armature A est située au dessus de l'armature B. Faux.

- L'armature A porte un excès de charges négatives. Faux.
- Le poids de la gouttelette vaut 5,0 mN. Faux.
P = qE= 1,0 10-8*5,0 104 =
5,0 10-4 =0,5 mN.
- la masse de la gouttelette vaut 50 mg. Vrai.
m = P/g =
5,0 10-4 /10 =5,0 10-5 kg =50 mg.

15. On étudie le mouvement du centre de gravité G d'une balle de masse m, considérée ponctuelle, lancée depuis un point A situé à une hauteur h au dessus du sol. La balle est lancée vers le sol avec une vitesse initiale v0 faisant un angle a avec la verticale. On admet que la balle n'est soumise qu'à son poids. L'étude est menée dans le référentiel terrestre, supposé galiléen. On choisit de prendre l'instant où la balle est lancée comme origine des dates.

- Les coordonnées du vecteur vitesse de G s'expriment par : vx =v0sin a ; vz = v0cos a -gt. Faux.
vz = -v0cos a -gt.
- Les coordonnées du vecteur position de G s'expriment par :
 x =v0sin a t ; z =
h-v0cos a t-½gt2. Vrai.
- L'équation de la trajectoire de G a pour expression : z = h- x / tan
a -gx2/(2v02sin2a). Vrai.
- La trajectoire de G est un arc de parabole.
Vrai.





16. Un four à micro-ondes exploite l'absorption d'ondes électromagnétiques par les molécules d'eau contenues dans les aliments à réchauffer. A ces ondes sont associés des photons d'énergie 1,0 10-5 eV. e = 1,6 10-19 C ; h = 6,63 10-34 Js ; c = 3,0 108 m/s.

- L'ordre de grandeur de la fréquence des ondes émises est 1016 Hz. Faux.
E = h n ;
n = E / h = 1,0 10-5*1,6 10-19 /(6,63 10-34)=1,6 / 6,63 1010 ~2,4 109 Hz.
- Ces ondes appartiennent au domaine UV. Faux.
l = c / n =3,0 108 /( 2,4 109 )=3 / 24  m.
- Les transitions mises en jeu lors de l'absorption des ondes par les molécules d'eau, sont des transitions électroniques. Faux.
Ce sont des transitions vibrationnelles.
- Les photons émis dans le micro-ondes sont moins énergétiques qu'un photon d'énergie 1,0 10-22 J. Vrai.
1,0 10-5*1,6 10-19 =1,6 10-24 J.

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17. On s'interesse au flux thermique à travers une partie vitrée de surface S et de résistance thermique Rth d'une porte fenêtre séparant l'intérieur d'une habitation. Température extérieure T1 ; température intérieure T2 > T1. ces températures sont considérées comme constantes.
S = 1,5 m2 ; Rth = 0,20 K W-1.
- Le flux thermique s'exprime en joules dans le système internationnal. Faux ( en watt).
- Lorsque la différence de température est de 10°C, le flux thermique vaut 50 SI à travers la vitre. Vrai.
F =DT/Rth = 10 / 0,20 =50 W.
- Afin d'améliorer l'isolation thermique de cette porte-fenêtre, il convient d'en diminuer la résistance thermique. Faux.
Il faut augmenter la résistance thermique.
- Le transfert thermique s'effectue de l'intérieur de l'habitation vers l'extérieur.
Vrai.

18. En 1913, Niels Bohr propose un modèle de l'atome d'hydrogène. Il suppose que l'électron de masse m est en mouvement circulaire uniforme de rayon R autour du proton.

On considère que l'électron n'est soumis qu'à la force électrostatique F ; v : vitesse de l'électron ; e : charge élémentaire.
- La constante k peut s'exprimer en kg m3 s-2 C-2. Faux.
k = force fois distance au carré divisée par une charge au carré.
Force = masse fois accélération ; [k] = M L T-2 L2 C-2. (
kg m3 s-2 C-2).
- La valeur de l'accélération est constante. Vrai.
- La vitesse de l'électron a pour expression v = e(k/(mR))½.
Vrai.
F = mv2/R =ke2/R2 ; mv2 =ke2/R ; v2 =ke2/(mR).
- Pour un mouvement encore circulaire uniforme, si le rayon de la trajectoire est multiplié par 4, l'énergie cinétique de l'électron est divisée par 2. Faux.
V2 est divisée par quatre.

19. Le télescope spatiale Hubble, assimilé à son centre d'inertie, évolue à vitesse constante vH dans le référentiel géocentrique considéré galiléen, sur une orbite circulaire centrée sur la terre, à une altitude hH du sol. On suppose que le télescope n'est soumis qu'à la gravitation de la terre.
Masse et rayon de la terre : M =6,0 1024 kg ; R =6,4 103 km ;
masse, altitude et vitesse du télescope :m = 11 t ; hH=600 km ; vH =7,6 km/s.
- Pour tout satellite de la terre la troisième loi de Kepler s'écrit :T3/( R+h)2 = 4p2/(GM). Faux.
T2/( R+h)3 = 4p2/(GM).
- L'accélération du télescope est indépendante de sa masse. Vrai.
aN = GM/(R+hH)2.
- La période de révolution du télescope est T = 5,8 103 s.
Vrai.
2p(R+hH) = vH T ; T =2p(R+hH)/vH = 2*3,14(6,4 106 +600 103) / 7600 ~5,8 103 s.
- Si le télescope était sur une orbite circulaire plus éloignée de la terre, sa vitesse serait plus élevée. Faux.
v2 = GM/(R+hH).


20. Un convertisseur analogique numérique ( CAN) est l'élément central d'une chaîne de transmission d'informations. Il permet de transformer un signal électrique analogique en signal électrique numérique ne prenant que des valeurs discrètes codées en langage binaire. Une chaîne de transmission d'informations contenant une centrale d'acquisition munie d'un CAN est paramétrée comme indiqué sur le schéma ci-après pour enregistrer la totalité d'un signal analogique de durée Dt = 3,0 s.

1 octet = 8 bits ; 1 Mo = 1*106 octets ; 1 Mbits = 1 *106 bits.
Résolution ou pas d'un CAN : p = (Umax -Umin) / 2n où n est le nombre de bits du convertisseur.
- La centrale d'acquisition prélève 30 103 points du signal analogique. Vrai.
Dt  fe =3,0 * 10 103 =30 103 points.
- La résolution du convertisseur est 1,25 V. Vrai.
p =(10-(-10))/ 24 =1,25 V.
- Une tension de -6,0 V du signal électrique analogique est codée 10011. Faux.
Avec 4 bits seulement 4 chiffres 1 ou 0 sont possibles et non pas cinq.
- Il faut une durée Dt' = 1,0 ms pour transmettre l'ensemble du signal numérisé vers l'ordinateur avec un câble USB 1.1 dont le débit binaire est à pleine vitesse de 12 Mbits s-1. Faux.
Nombre de bits à transmettre : 30 103 *4 =1,2 105 bits = 0,12 Mbits.
Durée = 0,12 / 12 =0,010 s.




  

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