Questions de cours ; QCM. Concours Orthoptie Montpellier 2017.

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I. Questions de cours.
1. Dans le cas de l'effet Doppler-Fizeau, on rencontre le terùe " Redshift" qui signifie "décalage vers le rouge ". Expliquer ce terme.
En raison de l'expansion de l'univers, les galaxies s'éloignent de la Terre. Le spectre d'une étoile, observé depuis la Terre, est décalé vers les plus grandes longueurs d'onde. ( vers le rouge ).

 2. Sur une piste enneigée, un skieur est tiré par une perche. On néglige l'action de l'air et du sol. L'énergie mécanique du skieur est-elle constante ? Justifier.
Le skieur est soumis à son poids, force conservative, à l'action de la perche, force non conservative. L'énergie mécanique du skieur croît du travail de la force de traction exercée par la perche.

3. Dans quelle(s) condition(s) un satellite peut-il être géostationnaire ?
Le satellite doit être dans le plan équatorial de la terre, à une altitude voisine de 36000 km. Il doit tourner dans le même sens que la terre. Il possède la même vitesse angulaire que la terre.

4. Donner une définition de la période spatiale d'une onde.
La période spatiale ou longueur d'onde est la distance parcourue par le front d'onde en une période temporelle d'oscillation T à la célérité v.

 5.Si on double la masse d'un oscillateur élastique horizontal, comment évolue la période propre ?
T = 2 p (m / k)½.
Si la raideur est constante, en doublant la masse, la période propre est multipliée par racine carrée (2) soit environ 1,414.

6. Lorsque la vitesse d'une particule atteint un dixième de la vitesse du photon dans le vide, celle-ci peut être qualifiée de " particule relativiste". Que signifie l'expression " particule relativiste" et quelles en sont les conséquences ?
Le qualificatif " relativiste" signifie que la particule se déplace à une vitesse non négligeable par rapport à la vitesse de la lumière dans le vide.
  Lorsque les effets de la relativité restreinte se font sentir, on parle de "dilatation des durées". La durée d'un phénomène est une notion relative. Deux observateurs en mouvement rectiligne uniforme relatif ne donnent pas la même durée ą un phénomčne physique. La durée propre, la plus courte, ( intervalle de temps entre deux événements se produisant au même lieu de l'espace ) est lue sur l'horloge du référentiel observateur immobile par rapport au phénomène.

7. Donner la relation liant la résistance thermique de conduction et la conductivité thermique ; précisez les termes utilisés et leurs unités dans le système SI.
Dans le cas de surface s planes et parallèles : R = e / ( lS).
e (m) distance entre les plaques ; S : surface en m2 ; l conductivité thermique ( W m-1 K-1) ; R résistance thermique ( K W-1).

8.  Définissez un infrason.
Ce sont des ondes sonores, inaudibles pour l'oreille humaine, dont les fréquences sont inférieures à 20 Hz.

 9. L'atténuation d'une fibre optique est de 0,5 dB km-1. Déterminer le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée du signal après que celui-ci est parcouru une distance de 30 km dans la fibre.
A = 0,5 x30 = 15 dB au bout de 30 km.
A = 10 log ( Pentrée / Psortie) ; Pentrée / Psortie= 101,5 ~31,6 ; Psortie / Pentrée=  1/31,6 ~0,0316.

 10. Convertir le nombre décimal 155 en nombre binaire.
155 = 1 x27 +0 x26 +0x25 +1 x24 +1x23 +0x22 +1x2 +1x20 soit 10011011.





II. QCM.
Q1.  Une balle de masse m = 100 g, lâchée sans vitesse initiale, arrive avec une vitesse v = 5,5 m /s au sol. l'action de l'air est négligé.
 A. La bille a été lâchée d'une hauteur H= 24 m.. Faux.
H = v2 /(2g) =5,52 / 20 =1,5 m.
B. La balle a mis2,4 s pour arriver au sol. Faux.
v = gt ; t = v / g = 5,5 /10 = 0,55 s.
C. La balle subit une accélération constante tout au long de son mouvement jusqu'au sol. Vrai.
La balle perd 20 % de son énergie lors du choc avec le sol.
D. Lors de son premier rebond, la balle remonte à une hauteur de 1,2 m. Vrai.
Energie mécanique initiale : mgH = 0,100 x10 x1,5 =1,5 J
Energie mécanique après le premier rebond : 1,5 x0,8 = 1,2 J ; Hmax = 1,2 /(0,1 x10) = 1,2 m.
E. Lors de son premier rebond, la balle remonte à une hauteur de 0,3 m. Faux.

Q2. Un son musical sinusoïdal de fréquence f = 440 Hz est émis. A 1,5 m de la source, un sonomètre mesure un niveau sonore de 40 dB.
A. Il s'agit d'un son pur. Vrai..
B. Il s'agit d'une onde mécanique longitudinale. Vrai.
C. Le sonomètre est en phase avec la source. Vrai.
l = v / f = 330 / 440 = 0,75 m.
La distance source-sonomètre est égale à un nombre entier de longueur d'onde.
D.   Si on recule le sonomètre de 3,0 m, il mesurera un niveau sonore égal à 34 dB. Faux.
La distance triple ( 4,5 = 3 x1,5 ); l'intensité sonore I est divisé par 9 et  le niveau sonore diminue de 10 log 9 ~9,5 dB ; le sonomètre mesure 40-9,5 = 30,5 dB.
E. Si on recule le sonomètre de 3,0 m, il mesurera un niveau sonore égal à 30 dB. Faux.

Q3. Une casserole, contenant 500 g d'eau à la température de 20,0°C est déposée sur une plaque électrique dont la puissance consommée est de 3,0 kW. Après 3 minutes de chauffage, l'eau et la casserole atteignent une température de 100°C.
ceau = c = 4200 J kg-1 K-1 ; capacité thermique de la casserole µ=150 J K-1.
A. Dans l'eau la chaleur se propage par convection. Vrai.
B. L'énergie interne d'un système prend en compte les interactions au niveau microscopique et macroscopique. Faux.
Interactions au niveau microscopique.
C. L'énergie nécessaire pour chauffer l'eau et la casserole est de 180 kJ. Vrai.
(mc +µ) DT = 0,500 x4200 +150) x(100-20) = 1,8 105 J = 180 kJ.
D.   L'énergie nécessaire pour chauffer l'eau et la casserole est de 47 Wh. Faux.
1,8 105 / 3600 = 50 Wh.
E. Le rendement de chauffage de la plaque électrique est de 67 %. Faux.
Energie électrique : 3 x3 x 60 = 540 kJ ; rendement : 180 / 540 = 0,33  ( 33 %).










Q4. Lors d'une réaction nucléaire, un neutron est émis avec une vitesse v = 300 km /s.
Masse d'un neutron  m =1,67 10-27 kg. h = 6,63 10-34 J s.
 A. L'énergie cinétique du neutron est de 5,8 10-24 J. Faux.
½mv2 = 0,5 x1,67 10-27 x(3,00 105)2 =7,5 10-17 J.
B. La longueur d'onde de de Broglie associée au neutron est 1,3 10-12 m. Vrai.
l = h /(mv) = 6,63 10-34 /(1,67 10-27 x3 105) =1,3 10-12 m.
C. On peut associer au neutron une énergie telle que E = h n où n est la fréquence associée au neutron. Vrai.
D. Le neutron ne peut pas se comporter comme une onde. Faux.
E. En passant entre deux atomes distants de 200 pm, le neutron sera diffracté. Faux.
La longueur d'onde de de Broglie associée au neutron ( 1,3 pm)  n'est pas du même ordre de grandeur que la distance séparant les deux atomes.

Q5. Un lecteur CD recommande une vitesse linéaire de lecture égale à 1,2 m /s. Un CD est gravé sur un rayon compris entre 3,0 et 4,5 cm. La piste représente 30 % de la surface gravée. La largeur d'un creux est de 0,67 µm et sa longueur minimale est de 0,28 µm.
A. La lecture optique d'un CD est basée sur le principe des interférences lumineuses. Vrai.
B. La vitesse angulaire de rotation du CD est constante pendant toute la lecture du CD.. Faux.
C. La longueur d'onde du faisceau doit être égale au quart de la hauteur d'un creux. Faux.
La profondeur du creux est égale au quart de la longueur d'onde de la lumière laser.
D. La longueur de la piste est de 5,5 km. Faux.
Surface utile : S = 3,14 (4,52 -3,02) = 35,3 cm2.
Surface de la piste : 35,3 x0,30 = 10,6 cm2.
Longueur : 10,6 / (0,67 10-4) =1,58 105 cm = 1,58 km.
E. L'information gravée sur ce CD a un poids de 135 Mo. Faux.
Taille d'un bit : 0,28 µm = 2,8 10-7 m.
Capacité de stockage : longueur de la spirale / taille d'un bit =1,58 103 / (2,8 10-7)~ 5,7 109 bits.
5,7 109  / 8 = 7,1 108 octets ou 7,1 102 Mo.



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