Corrigé physique, Concours avenir 2023.

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Pour chaque question une seule réponse est correcte. 3 points pour une réponse exacte ; -1 pour une réponse fausse ; une question non traitée ne rapporte ni ne retire aucun point.
Exercice 1.
Référentiel terrestre.
 Un sous marin est initialement immobile à une profondeur h = 200 m. Il vide ces ballasts et commence sa remontée.
On considère un axe vertical orienté vers le haut, l'origine étant la surface de l'eau.
Le sous-marin est soumis à  :
son poids P = mg, verticale , vers le bas. ( m =9 106 kg ; g =10 SI).
P = 9 107 N
à la poussée d'Archimède, verticale, vers le haut, F = reau V g. (reau =1000 kg m-3 ; V = 10 000 m3).
F =108 N.

Question 1.
Lors de la remontée, le poids et la poussée d'Archimède ne se compensent pas. Réponse D.

Question 2.
La force gravitationnelle exercée par la terre sur le sous-marin est attractive. Réponse B.

Question 3.
L'unité de g est m s-2. Réponse A.

  Question 4.
Si le poids compense la poussée, le sous-marin est immobile.  Réponse A.

Question 5.
Masse  du sous marin avant largage de l'eau : 107 kg.
Masse volumique r s du sous marin avant largage de l'eau : m / V = 107 / 104 = 103 kg m-3.
Réponse B.

Question 6.
  Expression du poids du sous-marin P = m g = rs V g. Réponse C.

Question 7.
  Le sous marin remonte si la poussée est supérieure au poids :
reau V g > rs V g soit reau  > rs . Réponse B.

 Question 8.
L'énergie potentielle de pesanteur est choisie nulle à la surface de l'eau.
Energie potentielle du sous-marin à la profondeur h après largage de l'eau.
Ep = mgh avec h = -200 m.
Ep = -9 106 x10 x200 = -1,8 1010 J = -18 GJ.
Réponse B.

Question 9.
Travail du poids lors de la remontée à la surface  : W = -mgh.
Réponse B.

Question 10.
  Lors de la remontée :
L'énergie potentielle croït ; sa variation est positive.
L'énergie cinétique croît ( départ au repos) ; sa variation est positive..
Réponse C.

Question 11.
Energie mécanique initiale = énergie potentielle de pesanteur à la profondeur h.
 Lors de la remontée les énergies cinétique et potentielle augmente ; l'énergie mécanique augmente.
Réponse B.

Exercice 2.
Le sous marin est immobile à la profondeur H = 20 m. On étudie les forces pressantes s'exerçant sur un hublot de surface S = 0,30 m2.
Question 12.
Unité de la pression : pasacal ou N m-2. Réponse B.

Question 13.
Pression de l'eau à une profondeur H = 20 m.
reau g H + Patm = 1000 x 10 x20 + 105=  3 105 Pa =3000 hPa. Réponse D.

Question 14.
Force pressante exercée par l'eau sur la vitre :
Fext = reau (g H S +Patm)= 3 105 x 0,3 =9 104 N = 90 kN. Réponse B.

Question 15.
La somme vectorielle des forces pressantes s'exerçant sur les deux faces de la vitre est un vecteur normal à la vitre dirigé de l'extérieur vers l'intérieur. Réponse C.

Question 16.
Un ballon sonde est lâché du sous-marin à la profondeur H et remonte à la surface. Volume du ballon à la profondeur H : VH.
A température constante, pour le gaz contenu à l'intérieur du ballon :
 Psurface Vsurface =PH VH.
PH = 3 Psurface ; Vsurface =3 VH. Réponse A.

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 Exercice 3.
Image donnée par une lentille mince de focale f ' = 10 cm. On observe un objet de hauteur h = 5 cm situé à la distance objet lentille = 50 cm.
Question 17.
La lumière est une onde constituée d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui se propage dans le vide. Réponses A et D.

Question 18.
Les longueurs d'onde du domaine visible s'étendent de 400 nm à 800 nm. Réponse A.

Question 19.
Expression de la fréquence de cette onde f = c / l.  Réponse B.

Question 20. Pour une lentille convergente :
Réponse D.

Question 21.

Réponse B.

Question 22 et 23.
Grandissement = mesure algébrique de A'B' / mesure algébrique de AB. Réponse D.
Grandissement = mesure algébrique de OA' / mesure algébrique de OA.
0,125 / (-0,5) = -0,25.  Réponse B.

Question 24.
L'image est renversée plus petite sue l'objet. Réponse D.

Exercice 4.
Question 25.
L'intensité s'exprime en ampère ou en coulomb seconde -1.  Réponse B.

Question 26.
Expression de la tension aux bornes du générateur : U = E-r I. Réponse C.

Question 27.
Expression de la puissance dissipée par une lampe : P = R I2 Réponse C..
R : résistance de la lampe en ohm.

Question 28.
Intensité circulant dans une lampe : I = (P / R)½ =(20 / 500)½ =0,04½ =0,2 A.
Réponse B.

Question 29.
Energie reçue par la résistance R en 0,010 s.
RI2t = 500 x0,22 x0,01= 0,2 J. Réponse B.

Question 30.
Le rendement d'un système n' a pas d'unité.
Réponse A.
 
  
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