QCM Physique: ondes, satellite, pendule, chute, concours Orthoptie Bordeaux 2018.

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Un émetteur et un récepteur d'ondes ultrasonores, disposés face à face à une distance D, sont reliés respectivement aux voies Y1 et Y2 d'un oscilloscope. On observe alors deux sinusoïdes identiques, décalées horizontalement. Pour chaque courbe, la distance entre 2 crètes successives est de 8 mm. On éloigne le récepteur selon l'axe le reliant à l'émetteur. Les deux courbes se retrouvent en phase pour certaines distances D. Une première mise en phase est notée pour D1 = 4,00 cm et une quatrième pour D4 = 8,14 cm. La sensibilité horizontale est de 50 µs / cm.
Question 1
A. Ces ondes sont des ondes électromagnétiques. Faux.
B. Ces ondes sont des ondes mécaniques. Vrai.
C. La propagation de ces ondes s'accompagne de transport d'éne 10-3 / 340 ~rgie. Vrai.
D. La propagation de ces ondes s'accompagne de transport de matière. Faux.
E. Les ultrasons ne se propagent que dans l'air. Faux.
Question 2
A. Les ultrasons émis sont des ondes progressives périodiques de période T égale à 2,35 µs. Faux.
T correspond à 8 mm soit 0,8 x50 = 40 µs .
B.  Les ultrasons émis sont des ondes progressives périodiques de période égale à 40 µs. Vrai.
C. La fréquence de ces ondes est 25 kHz. Vrai.
1 / (40 10-6) =2,5 104 Hz = 25 kHz.
D. La fréquence de ces ondes est 42,5 kHz. Faux.
 E. La fréquence de ces ondes dépend du milieu traversé. Faux.
Question 3
A. La longueur d'onde de ces ultrasons est égale à 4,14 cm. Faux.
Entre D1 et D4, le récepteur s'est déplacé de trois longueurs d'onde ; 8,14-4 = 4,14 ; 4,14 / 3 = 1,38 cm.
B.  La longueur d'onde de ces ultrasons est égale à 1,38 cm. Vrai.
C.  La longueur d'onde de ces ultrasons est égale à 1,03 cm. Faux.
D. La longueur d'onde de ces ondes sera conservée lorsqu'elles se propagent dans l'eau. Faux.
E. Les ultrasons ne se propagent pas dans l'eau. Faux.
Question 4
A. La célérité de ces ondes dans l'air est de 175 m s-1 à 2 % près. Faux.
c = l / T = 1,38 10-2 / (40 10-6) =345 m s-1.
B. La célérité de ces ondes dans l'air est de 345 m s-1 à 2 % près. Vrai.
C. La célérité de ces ondes dans l'air est de 552 m s-1 à 2 % près. Faux.
D. La célérité de ces ondes dans le vide est identique à celle dans l'air. Faux.
Les ultrasons ne se propagent pas dans le vide.
Ë. Ces ondes ne se propagent pas dans le vide. Vrai.

Sur la figure 1, une fente F est éclairée par un faisceau laser. Les deux fentes F1 et F2, situées à égales distances de F, sont éclairées par la lumière issue de F.
Sur la figure 2, on considère 2 faisceaux lumineux, éclairant un écran, issus de 2 sources ponctuelles S1 et S2
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Question 5
A. Un laser émet une lumière monochromatique. Vrai.
B. Un laser émet une lumière polychromatique. Faux.
C. La lumière laser est diffractée par la fente F. Vrai.
D. Le phénomène de diffraction ne peut pas se produire avec une lumière polychromatique. Faux.
E. La diffraction peut se produire avec des ondes mécaniques. Vrai.



Question 6
A. Les fentes F1 et F2 se comportent comme des sources de lumière de même fréquence que celle du laser. Vrai.
B. Les fentes F1 et F2 se comportent comme des sources de lumière de même fréquence et de même phase. Faux
C. Les fentes F1 et F2 se comportent comme des sources de lumière de même fréquence et présentant un déphasage constant. Vrai.
D. Les fentes F1 et F2 diffractent la lumière issue de F. Vrai.
E. Les fentes F1 et F2 ne peuvent en aucun cas se comporter comme des sources de lumière. Faux.
Question 7
A. On observe un phénomène d'interférences au niveau 2 de la figure 1. Faux.
B. Il se forme sur l'écran de la figure 1 des figures de diffraction et d'interférences. Vrai.
C. On observe sur l'écran de la figure 1, au niveau de la zone A, des franges d'interférences composées d'une alternance de bandes noires et lumineuses. Vrai.
D. Si la source lumineuse est polychromatique, aucune interférence n'apparaît sur l'écran. Faux.
E. Si on remplace le système de fentes F1 et F2 par deux sources monochromatiques indépendantes S1 et S2, on ne peut pas observer d'interférences stables sur l'écran ( figure 2). Vrai.

Le vol de la navette spatiale, supposée ponctuelle, est composé de différentes phases.
Phase 1 : lancement.
Au décollage, la fusée est soumise à une force de poussée verticale F = 32,4 106 N, exercée par les réacteurs. On néglige les forces de frottement au cours de cette phase. La masse totale au décollage est M = 2,04 106 kg. g = 9,8 m s-2.
 Question 8
Au cours de cette phase :
A. Le mouvement de la navette est rectiligne uniforme. Faux.
B. Le mouvement de la navette est rectiligne uniformément varié. Vrai.
C. Le mouvement de la navette est circulaire uniforme. Faux.
D. La trajectoire de la navette est parabolique. Faux.
E. L'intensité de la force de propulsion est égale à celle du poids de la navette. Faux.
La poussée est supérieure au poids.
Question 9.
L'intensité de l'accélération de la navette a pour valeur : ( cocher la valeur la plus proche )
A. 6,1 km s-2. Faux.
F-Mg = Ma ; a = F / M -g = 32,4 / 2,04 -9,8 = 6,08 m s-2.
B. 2,4 km s-2. Faux.
C. 60,8 m s-2. Faux.
D. 15,7 m s-2. Faux.
E. 6,1 m s-2. Vrai.
Question  10.
  La distance parcourue par la navette 10 s après le départ est de : ( cocher la valeur la plus proche)
A. 60 m. Faux.
z = ½at2 =0,5 x6,08 x102 ~304 m.
B. 160 m. Faux.
C. 300 m. Vrai.
D. 800 m. Faux.
E. 6 km. Faux.



Seconde phase : vol orbital.
La navette est en orbite autour de la terre à une altitude h = 296 km. Son mouvement est circulaire uniforme. Sa masse est m = 69,68 103 kg. L'intensité du champ de gravitation à l'altitude h est Gh = 8,95 m s-2. Le rayon de la terre est RT = 6380 km.
Question 11
A. L'intensité du champ de gravitation universel G est égale à l'intensité du champ de gravitation à l'altitude h. Vrai.
B. Gh = GMT / (RT+h)2. Vrai.
 C. La composante de l'accélération tangente à la trajectoire est nulle . Vrai.
D. La composante de l'accélération perpendiculaire à la trajectoire est nulle. Faux.
E. La composante de l'accélération perpendiculaire à la trajectoire est constante et différente de zéro. Vrai.

Question 12
A propos de la vitesse du centre d'inertie du satellite.
A. La vitesse du satellite varie avec sa masse. Faux.
B. La vitesse du satellite est donnée par la relation v = (GMT / h)½. Faux.
C. La vitesse du satellite est donnée par la relation v = (GMT / (RT+h))½. Vrai.
D. La vitesse du satellite est donnée par la relation v = (Gh (RT+ h))½. Vrai.
E. Elle varie en fonction du temps. Faux.
Question 13
La valeur de la vitesse du satellite au cours de cette phase est de :
A. 48 m /s.
B. 245 m/s.
C. 3,2 km /s.
D. 7,73 km/s. Vrai.
E. 10 km/s.
[8,95 x(6380+296) 103]½~7,73 km /s.

Phase 3. Retour, préparation à l'atterrissage.
Les moteurs sont arrêtés. La navette est soumise à l'action de son poids et des forces de frottement de l'air. Pendant un intervalle de temps de 5 minutes, au cours de cette phase, la navette perd 43 km d'altitude et sa vitesse passe de 1475 m/s à 223 m/s. On suppose g constant égal à 9,8 m s-2.
Question 14
A. L'énergie mécanique du satellite au cours de cette phase est égale à son énergie potentielle de pesanteur. Faux.
B. L'énergie mécanique du satellite au cours de cette phase ne se conserve pas. Vrai.
L'énergie mécanique diminue du travail des frottements.
C. Le travail du poids du satellite pendant les 5 minutes est de 8,6 1011 J ( à 4 % près). Faux.
mgDh = 69,68 103 x9,8x 43 103 ~ 2,94 1010 J.
D.  Le travail du poids du satellite pendant les 5 minutes est de 2,9 1010 J. Vrai.
E. Le travail du poids du satellite pandant cette phase est négatif. Faux.
Le travail du poids est moteur ( positif ) en descente.
Question 15.
La variation de l'énergie cinétique de la navette durant cet intervalle de 5 minutes de chute est égale à :
A. -2,9 1010 J. Faux.
0,5 m(vf2-vi2) = 0,5 x69,68 103(2232-14752) = -7,4 1010 J.
B. +2,9 1010 J.
C. -7,4 1010 J. Vrai.
D. +7,4 1010 J. Faux.
E. +2,7 1012 J. Faux.

Question 16
Le travail des frottements dans cet intervalle de temps de 5 minutes est de :
A. -2,9 1010 J.
L'énergie mécanique varie de -2,9 1010 -7,4 1010 = -1,03 1011 J.
B. -7,4 1010 J.
C. -10,3 1010 J. Vrai.
D. +10,3 1010 J.
E. -4,5 1010 J.


Dans un jardin public, un enfant fait de la balançoire. L'ensemble enfant-balançoire est assimilé à un pendule simple. On néglige les frottements. La longueur du pendule est L = 3 m et sa masse est négligeable. L'enfant, supposé ponctuel, a pour masse M = 20 kg. Quand la balançoire est verticale, la distance enfant-sol est h = 0,80 m.
A t=0, l'enfant assis sur la balançoire, est lâché sans vitesse initiale au point A situé à 1,60 m du sol. On donne qm = 45°. L'enfant lâche une première bille b1 en passant au point B puis une seconde bille b2 en passant au point C. Chaque bille en métal est assimilée à un point matériel de masse m.
( Il faudrait indiquer l'origine de l'énergie potentielle de pesanteur,  en B par exemple)

Question 17
A. Quand l'enfant est lâché au point A, son énergie mécanique est nulle. Faux ( on choisit l'origine de l'énergie potentielle de pesanteur en B)
L'énergie mécanique en A est sous forme potentielle de pesanteur.
B: Quand l'enfant est lâché au point A, son énergie mécanique est égale à son énergie potentielle de pesanteur. Vrai.
C. Au point B , l'énergie cinétique de l'enfant est maximale. Vrai.
D. Au point B, l'énergie cinétique de l'enfant est égale à son énergie potentielle de pesanteur. Faux.
E. Au point B, l'énergie cinétique de l'enfant est égale à son énergie mécanique. Vrai.

 Question 18
L'énergie cinétique de l'enfant en B est :
A. 157 J. Vrai.
Energie mécanique initiale en A : Mgh = 20 x9,8 x(1,60-1,80) ~157 J.
L'énergie mécanique est sous forme cinétique en B ; l'énergie mécanique se conserve.
B. 274 J.
C. 314 J
D. 471 J
E. 588 J.

Question 19
La vitesse de l'enfant au passage en B est :
A. 2,56 m /s.
v2 = 2 Ec / m = 2x157 / 20 = 15,68 ; v =3,96 m/s
B. 3,96 m/s. Vrai.
C. 5,60 m/s.
D. 6,86 m/s.
E. 8,63 m/s.

Question 20
A propos da la vitesse de la bille vb1 au moment où l'enfant la lâche.
A. Cette vitesse est nulle. Faux.
B. Cette vitesse est dirigée suivant l'horizontale. Vrai.
C. Cette vitesse a une direction verticale. Faux.
D. Cette vitesse est dirigée vers l'arrière de l'enfant. Faux.
E. Cette vitesse est dirigée vers l'avant de l'enfant. Vrai.
Dans le référentiel terrestre, la vitesse initiale de la bille b1 est celle de l'enfant au passage en B, horizontale, vers la droite.
 Question 21
L'équation de la trajectoire de la bille b1 dans le repère plan ( O, x, z) est de la forme :
A. z = 3. Faux.
B. z = -gx. Faux.
C. z = -0,5 gx2 +h. Faux.
D. z= -0,5 gx2 / vb12 +h. Vrai.
E. -0,5 gx2 /( vb12 cos2qm) +x tanqm. Faux.
Composantes de l'accélération : (0 ; -g ); composantes de la vitesse initiale ( vb1 ; 0).
Composantes de la vitesse : ( -gt ; vb1).
Composantes de la position : ( z = -½gt2 +h; x = vb1t  ).
Equation de la trajectoire : z=-0,5 gx2 / vb12 +h.
Question 22
L'abscisse de la bille lorsqu'elle atteint le sol est :  ( cocher la valeur la plus proche)
A. x=0.
B. x = 40 cm.
C. x = 1,60 m. Vrai.
D. x = 3,7 m
E. x = 10 m
Equation de la trajectoire : z= -0,5 gx2 / vb12 +h = 0 ; x = vb1(2h / g)½ =3,96 (2x0,8 / 9,8)½ =1,60 m.
Question 23
Concernant la bille b2 lâchée en C :
A. Sa trajectoire est parabolique. Faux. ( la vitesse initiale de cette bille est nulle, la bille est en chute libre verticale  )
B. Sa trajectoire est rectiligne. Vrai.
C. Sa trajectoire est verticale. Vrai.
D. Son mouvement est uniforme. Faux.
E. Son mouvement est uniformément accéléré. Vrai.
Question 24
L'abscisse x de cett bille b2 lorsqu'elle atteint le sol est :
A. x = 0. Faux
Abscisse du point C = L cos 45 = 3 x0,707 ~2,12 m.
B. x = 80 cm
C. x = 1,60 m
D. 2,12 m. Vrai.
E. 3,00 m.


  

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