Les ondes, lois de Newton et Kepler. Concours Orthoptie Bordeaux 2016.

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Les ondes : caractéristiques et propriétés.
Propagation d'une houle.
Un jour de grand vent, la hauteur des vagues d'une houle ( distance creux-tête) en mer est de 6 m. leur période est de 16 s et la distance entre deux crêtes de vagues successives est de 340 m.
1. A. La houle est une onde progressive sinusoïdale. Vrai.
B. La houle est une onde mécanique transversale. Vrai.
C. la houle est une onde mécanique longitudinale. Faux.
D. La houle n'est pas une onde mécanique. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

2. A. L'amplitude de la houle est de 6 m. Faux.
La distance creux-tête est égale à 2 fois l'amplitude. A = 3 m.
B.
L'amplitude de la houle est de 3 m. Vrai.
C. La longueur d'onde de cette onde est égale à 170 m. Faux.
D.
La longueur d'onde de cette onde est égale à 340 m. Vrai.
La longueur d'onde est la distance séparant deux crêtes successives.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.


3. A. La fréquence de cette onde est égale à 16 Hz. Faux.
f = 1 / 16 =0,0625 Hz .
B.
La fréquence de cette onde est égale à 0,0625 Hz. Vrai.
C. La célérité de cette onde vaut 10,6 m /s. Faux.
c = l / T = 340 / 16 =21,25 m/s.
D. 
La célérité de cette onde vaut 21,25 m /s.. Vrai.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

Ondes sonores et ultrasonores.
L'oreille humaine perçoit les ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz. Les ultrasons ( US) sont utilisés pour la réalisation d'échographies. Leur longueur d'onde est l = 5 10-4 m et la vitesse de propagation dans les tissus est v = 1500 m/s. L'onde se propage et se réfléchit quand elle change de milieu. La sonde reçoit alors un signal en écho. On note Dt l'intervalle de temps compris entre l'émission et la détection en écho d'un signal ultrasonique au cours d'une échographie.
4. A. Les ultrasons sont des ondes mécaniques. Vrai.
B.
Les ultrasons sont des ondes progressives à une dimension. Faux.
Les ultrasons se propagent dans toutes les directions qui leurs sont permises.
C.
La propagation des ultrasons se fait avec un transport d'énergie. Vrai.
D. 
La propagation des ultrasons se fait avec un transport de matière. Faux.
E. Les ultrasons se propagent dans le vide. Faux.

5. A. La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde en une seconde. Faux.
La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde en une période.
B. La fréquence des ultrasons est de 3 1011 Hz. Faux.
f = v /l =1500 / (5 10-4) =3 106 Hz = 3 MHz.
C.
La fréquence des ultrasons est de 3 MHz. Vrai.
D. 
La fréquence des ultrasons est de 3 kHz.  Faux.
E. L'oreille humaine perçoit ces ultrasons. Faux.

6. A. La vitesse de propagation des ultrasons dépend de la nature des milieux traversés. Vrai.
B.
Les ultrasons sont des ondes progressives périodiques de période égale à 0,3 µs. Faux.
T = 1 / f = 1 / (3 106) =3,3 10-7 s = 0,33 µs.
C.
Si Dt = 100 µs, l'épaisseur de tissu traversé est de 7,5 cm. Vrai.
Deux fois l'épaisseur = v Dt ; épaisseur = 1500 x 50 10-6=0,075 m = 7,5 cm

D. 
 
Si Dt = 100 µs, l'épaisseur de tissu traversé est de 15 cm. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

Un faisceau lumineux émis par une source laser de longueur d'onde l = 600 nm traverse une fente de largeur a percée dans une plaque. On observe sur un écran placé à une distance D de la fente, des taches lumineuses réparties sur une ligne verticale. La tache centrale est la plus lumineuse et la plus grande.
7.A. Le phénomène observé est la réfraction de la lumière. Faux.
B.
Le phénomène observé est la diffraction de la lumière. Vrai.
C.
Le phénomène observé est la réflexion de la lumière. Faux.
D. 
 
Le phénomène observé est l'absorption de la lumière. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

8. La lumière émise par la source laser :
A
. est un rayonnement électromagnétique. Vrai.
B.
est polychromatique. Faux.
C.
est monochromatique. Vrai.
D. 
 
Fait partie du domaine visible. Vrai.
E. Fait partie du domaine des rayons X. Faux.

9. La fréquence de l'onde lumineuse émise par la source est de ::
A
. 6 10-7 Hz. Faux.
f = v / l = 3 108 /(600 10-9) = 5 1014 Hz.
B.
180 Hz. Faux.
C.
5 105 Hz. Faux.
D. 
1,6 106 Hz
.
E.
5 1014 Hz. Vrai.

10. L'énergie du faisceau laser est de :
A
. 3,3 10-28 J. Faux.
E = h f = 6,6 10-34 x5 1014 =3,3 10-19 J ou 3,3 10-19 / (1,6 10-19) = 2,06 eV.
B.
1,06 10-27 J. Faux.
C.
3,3 10-19 J. Vrai.
D. 
1,06 10-27 eV
. Faux.
E. 3,3 10-19 eV. Faux.

11. Modifications possibles de la taille l de la tache centrale lumineuse sur l'écran.
A
. La taille de la tache centrale augmente si la longueur d'onde l diminue. Faux.
l = 2 l D /a.
B.
La taille de la tache centrale est indépendante de la longueur d'onde. Faux.
C.
Si la largeur de la fente a est divisée par 2, la valeur de l n'est pas modifiée. Faux.
D. 
Si la largeur de la fente a est divisée par 2, la valeur de l est deux fois plus grande. Vrai.
E. La taille  de la tache centrale diminue quand l'écran se rapproche de la fente.Vrai.

12. Modifications possibles de la forme des taches lumineuses observées sur l'écran.
A
. Si la fente est verticale les taches lumineuses formées sur l'écran ne sont pas modifiées. Vrai.
Elles conservent la même forme mais elles sont horizontales.
B.
Si la fente est verticale, les taches lumineuses s'alignent horizontalement. Vrai.
C.
Si la plaque est percée d'un orifice circulaire, les taches lumineuses formées sur l'écran ne sont pas modifiées. Faux.

on observe un maximum principal d'intensité I0, entouré de maximums secondaires d'intensité beaucoup plus faibe respectivement 0,017 I0, 0,004 I0

D.  Si la plaque est percée d'un orifice circulaire, on observe sur l'écran une tache lumineuse circulaire entourée d'anneaux lumineux concentriques. Vrai.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.






Cinématique.
Une automobile roule à vitesse constante v = 180 km /h sur une ligne droite et passe devant un motard arrêté. Celui-ci se lance à sa poursuite avec une accélération constante de 5 m s-2. La masse de la voiture est m = 1200 kg.
13.  Le motard rejoint la voiture après avoir parcouru une distance de :
 A. 700 m. Faux.
dvoiture = vt =180 / 3,6 t =50 t.
dmotard = ½at2 =2,5 t2.
2,5 t2 = 50 t ;2,5 t( t-20)=0 ; t = 0 et t = 20 s.
Distance = 50 x20 = 1000 m = 1 km.
B. 1 km. Vrai.
C.
2 km. Faux.
D. 
10 km. Faux
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.


14. La vitesse du motard lorsqu'il arrive au niveau de la voiture est de :
A
. 50 m /s. Faux.
v = at = 5 x20 = 100 m/s ou 100 x3,6 = 360 km/h.
B. 100 m /s. Vrai.

C.
180 km /h. Faux.
D. 
 
250 km /h. Faux.
E. 360 km /h.Vrai.

15. l'énergie cinétique de la voiture est de :
A
. 1,94 107 J. Faux.
½mv2 = 0,5 x1200 x 502 =1,5 106 J.
B. 1,47 107 J. Faux.

C.
3 106 J. Faux.
D. 
  1,5 106 J. Vrai.

E. L'énergie cinétique varie au cours du temps. Faux.









Applications des lois de Newton et de Kepler.
On considère le mouvement de la lune ( de centre L) autour de la terre ( de centre T) dans le référentiel géocentrique. En première approximation, la lune n'y est soumise qu'à la force gravitationnelle exercée par la terre.
LT = d = 384 000 km ; G = 6,7 10-11 S.I ; MT = 6,0 1024 kg ; ML = 7,0 1022 kg.
16. A. Le référentiel le plus adapté pour l'étude de ce mouvement est le référentiel héliocentrique. Faux.
B.
Le référentiel le plus adapté pour l'étude de ce mouvement est le référentiel géocentrique. Vrai.
C. 
Le référentiel le plus adapté pour l'étude de ce mouvement est un référentiel terrestre. Faux.
D.
Les lois de Newton ne sont pas applicables dans ces trois référentiels. Faux.
E. Les lois de Newton sont applicables dans le référentiel géocentrique pour étudier ce mouvement. Vrai.

17. Expression de la force de gravitation exercée par la terre sur la lune :
A
. L'intensité de cette force est égale à : F = GMT ML / d. Faux.
B.
L'intensité de cette force est égale à : F = G ML / d2. Faux.
C.
L'intensité de cette force est égale à : F = GMT ML / d2. Vrai.
D. 
  
L'intensité de cette force est égale à : F = G d2/(MT ML ). Faux.
E. D'après la troisième loi de Newton, la force exercée par la lune sur la terre est opposée à la force exercée par la terre sur la lune. Vrai.

18. L'intensité de la force de gravitation  exercée par la terre sur la lune est de :
A
. 7,3 1013 N. Faux.
6,6 10-11 x 6,0  1024 x7 1022 / (3,84 108)2 ~1,9 1020 N.
B. 2,7 1016 N. Faux.

C.
1,9 1020 N. Vrai.
D. 
  5,2 10-21 N. Faux.

E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

19. Nature du mouvement.
A
. Le mouvement de la lune est circulaire uniforme. Vrai.
B. La vitesse de la lune est constante. Faux.
Il faudrait préciser : la valeur ( norme) de la vitesse de la lune est constante.

C.
Le vecteur accélération de la lune est centripète. Vrai.
D. 
  La valeur du vecteur accélération de la lune est constante. Vrai.

E. Le mouvement de la lune est circulaire uniformément varié. Faux.

20. La vitesse du centre de la lune :
A
. est donnée par l'expression v = d /(GMT). Faux.
B.
est donnée par l'expression v = (GMT /d)½. Vrai.
C.
a pour valeur v =1,02 103 m/s. Vrai.
(6,6 10-11 x6 1024 / (3,8 108))½ =
1,02 103 m/s.
D. 
  1,1 102 m/s. Faux.

E. Ne peut pas être calculée car elle varie au cours du temps. Faux.

21. La période de révolution de la lune autour de la terre :
A
. est donnée par l'expression T= 2pd /(GML). Faux.
B.
est donnée par l'expression T =2p (d3/(GMT ))½. Vrai.
C.
est donnée par l'expression T =2p (dGMT)½. Faux.
D. 
  Vérifie la troisième loi de Kepler T2 / d3 = constante. Vrai.

E.
Vérifie la troisième loi de Kepler T3 / d2 = constante. Faux.



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