Concours Kiné 99 : exercices de physique (première)
Kiné 99 chimie (1ère)

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exercice 1

énergie mécanique d'un oscillateur élastique

A l'instant t=0, le centre d'inertie d'un oscillateur élastique non amorti, de masse m=200g et de constante de raideur k=50Nm-1, a pour abscisse x0=0 (sa position d'équilibre). Il est animé d'une vitesse 2 ms-1. L'énergie mécanique de cet oscillateur est de : 1 J ; 0,2 J ; 20 mJ ; 2kJ ; 0,4 J (choisir la bonne réponse)

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corrigé



 L'énergie potentielle élastique de l'oscillateur est nulle au passage à la position d'équilibre. Toute l'énergie mécanique est sous forme cinétique. m=0,2 kg ;

0,5 mv2=0,5*0,2*4=0,4 J


exercice2

mouvement circulaire uniforme

Deux ciyclistes A et B se déplacent dans le même sens sur une piste circulaire. Ils tournent à des fréquences constantes (1,25 tours / min pour A et 1 tour / min pour B). A la date t=0, prise comme origine de l'étude, leurs positions sont diamètralement opposées. La date t (minutes) à laquelle A rattrape B pour la première fois est : 1 ; 3 ; 2 ; 4 ; 0,5 .

..

corrigé



Le cycliste A possède 0,5 tour de retard et à chaque minute il éffectue 0,25 tour de plus que B

Le retard est rattrapé en 2 minutes



exercice 3

action du plan incliné

Un solide de poids P=3,6 N peut glisser sans frottement, selon la ligne de plus grande pente, sur un plan incliné de 30° par rapport à l'horizontale. Il est maintenu en équilibre grâce à un fil de direction parallèle au plan et attaché à un support fixe. La valeur de la tension exercée par le fil sur le solide est :..3,6N ; 1,8 N ; 3,1 N ; 9,8 N ; 7,2 N

..

corrigé




action plan

P cos(c)

3,1 N

tension du fil

P sin(a)

1,8 N.


exercice 4

équilibre d'un solide soumis à 4 forces

Une pédale de poids P=4 N, de longueur OA, est mobile autour d'un axe passant par O, perpendiculaire au plan de la figure. On exerce en A une force horizontale F=30 N. La pédale est en équilibre quand le fil CD (OC=0,75 OA) est tel que : l'angle a =30° et DC perpendiculaire à OA.

La valeur de la tension T est : 15N ; 32,8 N ; 4 N ;31,7 N ; 22,3 N.

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corrigé



 

P OG cos(a)+F OA sin(a)-T OC=0

P *0,5 cos(a)+F OA sin(a)-T* 0,75=0

T=22,3 N


exercice 5

puissance mécanique rendement énergie

Une voiture se déplace, en ligne droite, à la vitesse constante de valeur 100 kmh-1. La puissance mécanique disponible sur l'arbre moteur est 15 kW. Le rendement global du moteur est de 35%. Un litre d'essence libère 3,35 107 J. La consommation en litres aux 100 km est:4,6 ; 9,2 ; 7,4 ; 13,8 ;8,4

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corrigé



Energie mécanique mise en jeu chaque seconde 15000 J soit par heure 5,4 10 7 J.

Energie utile fournie par litre d'essence 0,35* 3,35 107 =1,172 107 J

consommation aux 100 km:4,6 L


exercice 6

calorimètre : Quelle masse d'eau est congelée ?

Dans un calorimètre de capacité calorifique négligeable, on introduit une masse d'eau égale à 300g. la température d'équilibre de l'eau est 4°C. On introduit alors un bloc de fer de masse 200g à la température de -70°C. La masse d'eau congelée est égale à: 300g ; 4,25 g ; 100g ;10,2 g ; 42,5 g.

capacité thermique massique (J°C-1kg-1) eau: 4180 ;fer : 460 chaleur latente fusion de la glace 335kJkg-1

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corrigé



Hypothèse: le mélange contient de l'eau et de la glace (et du fer). La température finale d'un mélange eau glace est 0°C tant qu'il y a de l'eau et de la glace en présence.

énergie gagnée par le fer: masse (kg)*capacité thermique massique* diff. température

0,2*460*70=6440 J

énergie cédée par le liquide (eau ) passant de 4 à 0°C tout en restant liquide 0,3*4180*4=5016 J

énergie cédée par une partie du liquide qui gèle: 6440-5016=1424 J

masse d'eau qui gèle: 1414 / 335000=4,25 g


exercice 7

sèche linge : évaporation de l'eau

Un sèche linge consomme une puissance électrique de 3500 W. Le séchage s'obtient par élévation de température de l'eau du linge jusqu'à 100°C puis vaporisation à 100°C. Le linge est initialement imprégné de 4 kg d'eau à 18°C. L'énergie nécessaire pour sécher totalement le linge humide est égale à: 3000J ;108 J ; 1,04 1010 J ; 1,37 10 6 J ;

capacité thermique massique (J°C-1kg-1) eau: 4180 ; chaleur latente vaporisation de l'eau 2261 kJ kg-1

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corrigé



énergie nécessaire à élever la température de 4 kg d'eau de 18 à 100°C, l'eau restant liquide

4*4180*(100-18)= 1,37 10 6 J

énergie nécessaire pour vaporiser 4 kg d'eau à 100°C: 4*2216 103=9,044 106 J

total: 10,41 10 6 J


exercice 8

bilan énergétique d'un générateur électrochimique

L'énergie chimique emmagasinée dans un générateur électrochimique est de 24 kJ. Lors de la transformation en énergie électrique les pertes internes sont de 20%. Ce générateur alimente un conducteur ohmique de résistance 6 W et se décharge en 2 minutes.En supposant que l'intensité reste constante , sa valeur est égale à: 5,78 A ; 2,58 A ; 5,16 A ; 10 A ; 6 A.

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corrigé



énergie électrique disponible aux bornes du générateur : 24*0,8 =19200 J

E (J) =R (W) * I2 (A) * temps (s)

19200=6*I2*60*2 ........l'intensité est : 5,16 A


exercice 9

chaîne énergétique : moteur pompe

Un petit moteur électrique est alimenté sous une tension de 110 V. Il actionne une pompe qui élève l'eau d'un puit à une hauteur de 7,5 m et dont le débit est de 56 L à la minute. La puissance mécanique de la pompe est de 70 W ; 4200 W ; 7 W ; 70000 W ; 700 W

g=10 ms-2 ; masse volumique de l'eau 1000 kgm-3.

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corrigé



masse d'eau pompée à chaque seconde : 56/ 60 = 0,933 kg s-1.

cette masse d'eau s'élève de 7,5 m

énergie mise en jeu à chaque seconde : mgh=0,933*10**7,5 = 70 Js-1 ou 70 W


exercice 10

période radioactive

Le bismuth Bi (Z=83 A=212) est radioactif, émetteur a. Le noyau fils émis est du thallium. La période radioactive du bismuth est 60 minutes. La masse initiale de bismuth est 0,2 g. La masse de bismuth restant au bout de 3 heures est égale à : 0,178 g ; 0,141 g ; 25 mg ; 0,1 g ; 50 mg

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corrigé



Au bout de 1 heure ( une période) la masse de bismuth est divisée par 2

Au bout de 2 heures ( 2 périodes) la masse de bismuth est divisée par 22

Au bout de 3 heures ( 3 périodes) la masse de bismuth est divisée par 23

0,2 divisé par 8 =25 mg


exercice 11

réactions nucléaires : durée de vie du soleil

Les réactions nucléaires qui se produisent dans le soleil libèrent une énergie voisine de 3,46,1031 J par jour. La masse du soleil est évaluée à 2 1030 kg. En années, la durée de vie probable du soleil est égale à :5 109 ;

1,42 1013 ; 5,2 1015 ; 47 510 ; 25 000.

vitesse de la lumière 300 000 kms-1 une année =365 jour

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corrigé



E=mc2

la masse du soleil diminue chaque jour du fait des réactions nucléaires de :

3,46 10 31 / 9 1016 =3,844 1014 kg

perte de masse en un an 1,4 1017 kg

durée de vie probable : 1,42 1013


exercice 12

fission de l'uranium dans un réacteur nucléaire

Dans un réacteur nucléaire, l'énergie est produite par la fission de l'uranium 235. Lors de la fission d'un atome d'uranium 235 la perte de masse vaut 4,45 10-3 u. L'énergie libérée par la fission de 1 kg d'uranium 235 est égale à : 5 109 J ; 1,7 109 J ; 5,2 1015 J ; 1029 j ; 1,7 1012 J

1 u= 1,66 10-27 kg. vitesse de la lumière c=3 108ms-1 ; nombre d'Avogadro 6,02 1023 mol-1 masse molaire de l'uranium 235 g mol -1

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corrigé



perte de masse lors de la fission d'un atome 4,45 10-3 *1,66 10-27 =7,387 10-30 kg

perte de masse lors de la fission d'une mole d'atomes 7,387 10-30 *6,02 1023 =4,46 10-6 kg pour 0,235 kg de métal.

perte de masse lors de la fission d'un kg 4,46 10-6 / 0,235 = 1,89 10-5 kg

E=mc2

énergie libérée : 1,89 10-5 *9 1016 =1,7 10 12 J

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