QCM physique. Concours ergothérapie Berck 2017.

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1.
On lance un projectile ponctuel de masse m = 50 g, verticalement vers le haut avec une vitesse initiale v0 = 10 m/s, depuis une altitude z0 = 100 cm. L'axe des altitudes est vertical orienté vers le haut et son origine est située au niveau du sol. On néglige l'action de l'air.
Calculer l'altitude z ( en m) du projectile lorsque sa vitesse vaut 5,0 m/s.
3,8 ; 4,8 ; 5,4 ; 6,0 ; 8,7 ; aucune réponse exacte.
Ecrire le théorème de l'énergie cinétique ; seul le poids travail et ce dernier est négatif en montée.
½mv2-½mv02 = -mg(z-z0).
½v2-½v02 = -g(z-z0).
z = z0 +½(v02 -v2) / g = 1 +0,5(100-25)/10 = 1 +3,75 =4,75 m.

2.
Un pendule simple est formé par un solide ponctuel de masse m, fixé à un fil inextensible de longueur L et de masse négligeable. Le pendule simple est suspendu par son extrémité libre en un point fixe A. On appelle abscisse angulaire l'angle orienté q que fait le pendule avec la verticale. On mesure les variations de l'anscisse angulaire en fonction du temps t au cours des oscillations. On prend pour référence de l'énergie potentielle de pesanteur Epp, le point E correspondant à la position d'équilibre  du solide ponctuel. EM désigne l'énergie mécanique du pendule simple.
m = 100 g ; T = 2p(L/g)½. 22,6 ½ = 4,8 ; 13,7 /(1-cos 10)~9,0 102.
t(s)
 q(°)
 Epp(mJ)
 EM(mJ)
0
 10,0
 13,7
 13,7
0,30
 5,4
 4,0
 13,7
0,60
 -4,2
 2,4
 13,7
Parmi les affirmations suivantes, combien y en a t-il d'exactes ?

 A. L'énergie mécanique est constante au cours du temps, on peut donc négliger les frottements lors des oscillations. Vrai.
B. A l'instant t=0, le pendule a été lâché avec une vitesse initiale non nulle. Faux.
L'énergie potentielle est égale à l'énergie mécanique à t=0. l'énergie cinétique et donc la vitesse initiales sont nulles.
 C. A l'instant t = 0,30 s, l'énergie cinétique vaut Ec=17,7 mJ. Faux.
Ec = EM -Epp = 13,7-4 = 9,7 mJ.
D.  L'énergie potentielle de pesanteur se calcule par l'expression Epp = mgL(1+cos q). Faux.
 Epp = mgL(1-cos q).
E. A l'instant t=0,60 s, la vitesse du solide ponctuel a pour valeur v = 4,8 m/s.  Faux.
Ec = ½mv2 =( 13,7 -2,4) 10-3.
0,5 x0,1 v2 = 11,3 10-3 ; v2 = 0,226 = 22,6 10-2 ; v = 4,8 10-1 = 0,48 m/s.

3. suite de l'exercice 2.
Calculer la valeur de la période propre T ( en s) des oscillations du pendule simple.
0,19 ; 1,4 ; 1,9 ; 2,2 ; 2,5 ; aucune réponse exacte.
A t=0 :  Epp = 0,1 x10 L(1-cos 10) = 0,0137 ; L = 0,0137 /(1-cos10) ~0,90 m.
T = 6,28 (0,90 / 10)½ =6,28 (0,09)½ =6,28 x0,3 ~1,9 s.





4.
UOn étudie la phase de décollage d'une fusée depuis le sol. On se place dans le référentiel terrestre supposé galiléen. A l'instant initial la fusée est immobile.
A l'instant t, la fusée a éjecté une masse de gaz notée mG, à la vitesse vG.
La masse de la fusée sera alors notée mF et sa vitesse vF.
On suppose que le système { fusée + gaz } est isolé.
On propose ci-dessous différentes expressions reliant vF et vG lors du décollage.
Quelle est l'expression exacte ?
Ecrire la conservation du vecteur quantité de mouvement du système.


5.
A cause de l'effet Doppler, les longueurs d'onde des raies de l'élément chimique donné, sur le spectre de la lumière d'une étoile s'éloignant de la terre, n'ont pas la même valeur que celles mesurées sur terre. Cette différence permet de calculer la valeur de la vitesse radiale de l'étoile ( vitesse de déplacement de l'étoile selon l'axe observateur-étoile).
Sur le spectre d'une étoile, on a repéré le pic correspondant à la raie Hg de l'hydrogène et on a mesuré une variation relative de longueur d'onde telle que : |lr-le| / le =1,2 10-3.
Lorsqu'un émetteur d'ondes de fréquence fe et de célérité c s'éloigne d'un récepteur à la vitesse constante v, la fréquence apparente fr, des ondes, mesurée au niveau du récepteur, est telle que fr / fe = c /(c+v).
Calculer la valeur de la vitesse radiale ( en km /s) de l'étoile.
360 ; 460 ; 520 ; 560 ; 590 ; aucune réponse exacte.
La longueur d'onde émise par l'toile  est supérieure à celle mesurée sur terre ( décalage vers le rouge).
|lr-le| / le =1,2 10-3 ; | lr / le -1|=1,2 10-3 ; l = c / f.
|fe / fr -1|=1,2 10-3 ; |(c+v) / c-1 |=1,2 10-3 ; v = 1,2 10-3 c = 1,2 10-3 x3 108 =3,6 105 m/s = 360 km/s.









6.
Un laser émet un rayonnement de longueur d'onde l = 650 nm. La puissance du laser est P = 1,0 mW.
Lors d'un échange d'énergie E, la puissance P du transfert d'énergie s'exprime par P = E / Dt avec Dt durée du transfert.
h = 6,63 10-34 J s ; 6,5 /(6,63 x3)=0,33
Calculer le nombre maximal N de photons émis par ce laser en une seconde.
3,3 1014 ; 1,3 1015 ; 3,3 1015 ; 1,3 1016 ; 3,3 1016 ; aucune réponse exacte.
Energie d'un photon : hc / l = 6,63 10-34 x3 108 /(650 10-9) = 6,63 x3 / 6,5 10-19=1/0,33 10-19 .
P = 10-3 W ; Dt = 1 s ; N = 10-3 x0,33 1019 = 3,3 1015.

7.  Parmi les affirmations suivantes concernant les propriétés du laser, combien y en a t-il d'exactes ?
A. La lumière laser est polychromatique. Faux.
B. Le laser émet des photons produits par émission spontanée. Faux.
Emission stimulée.
C. La lumière laser est très directive ce qui permet une concentration spatiale de l'énergie. Vrai.
Il vaudrait mieux dire " l'énergie par unité de surface est importante".
La concentration spatiale est une conséquence de la directivité.
D. Les photons produits par le laser sont émis dans des directions aléatoires. Faux.
E. Dand un laser pulsé, plus l'impulsion est courte, plus le laser délivre une puissance instantanée importante. Vrai.
Le laser pulsé émet des impulsions lumineuses très brèves (20 picosecondes), d’une puissance instantanée fantastique, l'énergie étant concentrée sur un temps très court.



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8.
L'effusivité thermique E d'un matériau caractérise sa capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement. Elle se calcule par la relation : E = (l r c)½.
l : conductivité thermique du matériau en W K-1 m-1.
r : masse voumique du matériau en kg m-3.
c : capacité thermique massique du matériau en J K-1 kg-1.
On propose ci-dessous différentes unités pour l'effusivité thermique. Indiquer la bonne réponse.
J K-1 m2 s-0,5 ; J K m2 s0,5 ; J K-1 m2 s+0,5 ; J K-1 m-2 s-0,5 ; J K m-2 s-0,5 ;
( W K-1 m-1 kg m-3 J K-1 kg-1)½ = ( W K-2 m-4  J  )½ avec W = J s-1.
( J2 K-2 m-4  s-1  )½ =J K-1 m-2 s-0,5 .


  

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