Physique. Concours orthoptie Strasbourg 2013, 2014

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Exercice 1. ( 2014 )
Une voiture de masse m = 975 kg circule sur une chaussée horizontale rectiligne à la vitesse v = 90 km / h. Le véhicule freine et s'arrête en 60 m.
Exprimer la variation de l'énergie mécanique au moment du freinage en fonction de la masse et de la vitesse.
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. L'énergie potentielle est constante ( cette constante peut être prise égale à zéro), le sol étant horizontal.
La variation d'énergie cinétique est égale au travail des frottements.
DEc = 0-½mv2 = -f d.
Quelle est la conversion d'énergie qui se produit au cours du freinage ?
L'énergie cinétique est convertie en énergie thermique.
Calculer la valeur de la force de frottement supposée constante, parallèle au déplacement.
f = ½mv2 / d avec v = 90 / 3,6 = 25 m / s.
f = 0,5 *975 *252 / 60 = 5,078 103 ~5,1 kN.
Quelle est la valeur de l'énergie transférée au niveau des freins ( négliger les autres transferts) ?
½mv2  = 0,5 *975 *252 ~3,0 105 J.
Exercice 2. ( 2014 )
Au cours d'une transition entre deux niveaux d'énergie d'une molécule, un photon d'énergie 2,5 eV est émis. Calculer la longueur d'onde du photon émis.
E = h c / l ; l = hc / E avec E = 2,5 *1,6 10-19 = 4,0 10-19 J.
l = 6,63 10-34 *3,0 108 / ( 4,0 10-19)=4,9725 10-7 ~0,50  µm.
Cette radiation est-elle visible ? Justifier.
Une radiation de longueur d'onde dans le vide comprise entre 0,4 µm et 0,80 µm appartient au domaine visible.




Questions de cours : effet Doppler et applications. ( 2014 ).
L'effet Doppler : la fréquence reçue par un récepteur est différente de la fréquence émise par un émetteur quand émetteur et récepteur sont en mouvement relatif.
Applications :
Radar de contrôle routier.
En astronomie, on utilise souvent l’expression “décalage vers le rouge” pour décrire l’influence du déplacement des étoiles sur la longueur d’onde observée.
Mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide.
Le VOR Doppler (VOR abréviation de VHF Omnidirectional Range) est un système d’aide à la
navigation aérienne qui permet au pilote d’un avion de déterminer sa position et son déplacement par rapport à une station au sol.
Quelles sont les procédés physiques de transmission de l'information ?
Les trois types de support de transmission de l'information : 
- la voie hertzienne pour la radio et la télévision : modulation du signal.
- le câble cuivre sensibles aux ondes électromagnétiques, forte atténuation du signal, largeur de bande limitée.
- la fibre optique, insensible aux ondes électromagnétiques, faible atténuation, grande largeur de bande.




Transferts énergétiques ( 2013 ).
Un enfant lance une pierre ( m = 100 g) verticalement vers le haut depuis une hauteur de 1,10 m ( point A). La pierre atteint une altitude de 4,50 m ( point B ) avant de redescendre.

Annalyser les transferts énergétiques au cours du mouvement en donnant l'expression de l'énergie mécanique en A et B. En déduire la vitesse v ( en km / h) au point A.
Les frottements sont négligés et la pierre est considérée comme ponctuelle.
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. On choisit l'altitude h = 1,10 m comme origine de l'énergie potentielle de pesanteur.
L'énergie mécanique initiale est sous forme cinétique ½mv2. L'énergie mécanique finale est sous forme potentielle mgh. En absence de frottement, l'énergie mécanique se conserve. Il y a conversion d'énergie cinétique en énergie potentielle.
½mv2 = mgh ; v = (2gh)½ avec h = AB = 4,50-1,10 = 3,40 m.
v = (2*9,81*3,40)½ = 8,167 m / s ou 8,167*3,6 = 29,4 km / h.
La température à l'intérieur d'un réfrigérateur est de 5°C et de 18°C à l'extérieur. On supposera ces températures constantes.Le flux thermique échangé entre le réfrigérateur et l'extérieur est de 13 W. Indiquer le sens du transfert thermique à travers la paroi du réfrigérateur.
Le transfert thermique s'effectue de l'extérieur ( corps chaud ) vers l'intérieur du réfrigérateur ( corps froid ).
Calculer la résistance thermique du réfrigérateur.
Flux thermique =  différence de température fois surface divisée par la résistance thermique ; Rth = 13 / 13 = 1,0
m2K W -1 pour une surface de 1 m2.
Quelle est l'énergie thermique transférée en une journée ?
Energie ( Wh) = puissance (W) fois durée ( h) = 13*24 = 312 Wh ~ 0,31 kWh.

Un parapentiste part d'un sommet d'altitude 1200 m pour effectuer une descente jusqu'à un autre sommet d'altitude 700 m. Le parapentiste et son matériel possède une masse m = 79 kg. Quelles sont les forces exercées sur le parapentiste ?.
Le poids ( vertical, vers le bas, valeur mg ) et les frottements sur les couches d'air ( vertical, vers le haut ). La poussée d'Archimède due à l'air est négligeable devant le poids.
Calculer le travail du poids et le travail des frottements.
Le travail du poids est moteur en descente et vaut : m g h avec h = 1200-700 = 500 m.
mgh = 79*9,81*500 =3,87 105 ~3,9 105 J.
Dans l'hypothèse où le mouvement est rectiligne uniforme, le travail des frottements est l'opposé du travail du poids.
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Questions de cours ( 2013 ).
Quelle relation lie le niveau d'intensité sonore et l'intensité sonore ( donner les définitions ).
L = 10 log (I /I 0).
I0 = 1,0 10-12 W m-2, intensité de référence correspondant à l'intensité minimale audible.
I intensité sonore (W m-2) ou puissance par unité de surface,  et L niveau d'intensité sonore en décibel ( dB).

Stockage optique : expliquer le principe de lecture des disques optiques numérique ; expliquer la ou les limitation(s) des capacité de stockage.
Le disque est composé d'une surface réfléchissante sur laquelle sont aménagées des cavités de matériau transparent homogène d'épaisseur e et d'indice de réfraction n. 

Seuls deux états sont possibles, d'où le nom binaire.
Si le faisceau est totalement réfléchi par la surface du disque, la différene de chemin optique est nulle : les interférences sont constructives.
Même chose si le rayon est totalement réfléchi par le fond d'une cuvette. On attribue cet état à la valeur binaire 0.
Si le faisceau passe de la surface du disque à un creux, les interférences sont destructives. On attribue à cet état la valeur binaire 1.
Comment est-il possible d'améliorer la capacité de stockage du disque sans modifier sa surface ?
- Diminuer la longueur d'onde du faisceau laser, c'est augmenter la finesse de la gravure.
- Graver les informations sur plusieurs couches, la lentille permettant de focaliser la lecture sur une couche.





  

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