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Probatoire
Physique
C & E
2013
Enoncés
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Exercice 1 : Energie mécanique
A– Solide suspendu à un fil vertical
On constitue un pendule en suspendant une petite sphère métallique assimilable à un point matériel de masse m = 0,2 Kg à un fil sans masse de longueur L = 90 cm. Lorsque le système est à l’équilibre, on admet que son énergie potentielle de pesanteur est nulle. On prend g = 9,8N.kg-1
A.1. Définir : énergie potentielle de pesanteur du système [Terre-pendule].
A.2. On écarte le système de sa position d’équilibre jusqu’à ce que le fil restant toujours tendu fasse à un angle α = 30° avec la verticale.
   A.2.1. Calculer l’énergie potentielle de pesanteur du système [Terre-pendule].
   A.2.2. On abandonne ensuite le système à lui-même (pas de vitesse initiale).
Calculer la vitesse v de la sphère au passage par la verticale.
B. Solide accroché à un ressort horizontal
Un ressort à spires non-jointives de longueur ℓ0 = 15 cm et de raideur k = 0,5N/cm est disposé horizontalement. Une de ses extrémités est attachée à un support fixe; à son autre extrémité on accroche un petit solide pouvant se déplacer sans frottement sur un guide rectiligne et horizontal. Lorsque l’ensemble est à l’équilibre, le ressort n’est ni tendu, ni compressé. On admet alors que son énergie potentielle élastique est nulle.
           B.1. On écarte le système de sa position d’équilibre en déplaçant le solide de 4 cm de façon à compresser le ressort. Calculer, l’intensité F de la force que le ressort exerce sur le solide.
B.2. On lâche le solide et le ressort se détend, entrainant le solide qui part au repos.
B.2.1. Définir : énergie mécanique
B.2.2. Exprimer, l’énergie mécanique du système {ressort-solide} à une position quelconque du solide.
B.2.3. En admettant que l’énergie mécanique du système se conserve, déterminer à quelle distance d de son point de départ la vitesse du solide s’annule.

Exercice 2 : Optique géométrique
A– Le prisme
Un rayon SI arrive sous une incidence, normale sur la face AC d’un prisme en verre d’indice n = 1,5 et dont la section principale a la formeSprisme d’un triangle rectangle isocèle (voir document 1 ci-contre).
A.1. Calculer la valeur de l’angle d’incidence r’ du rayon transmis sur la face AB du prisme.
          A.2. Calculer la valeur de l’angle de réfraction limite λ du dioptre air-verre et la comparer à celle de l’angle d’incidence r’ sur la face AB du prisme. Conclure.
A.3. Tracer sur ce document 1 la marche du rayon lumineux à travers le prisme.
A.4. déterminer la déviation D subie par le rayon lumineux.
B– Les lentilles minces
          B.1. Construire l’image de l’objet donnée par le système de lentille L1 et L2 sur la figure du document 2 ci-dessous. On a orienté l’axe optique commun des deux lentilles dans le sens de propagation de la lumière.
          B.2. A partir du graphique, vérifier que la position de l’image intermédiaire obéit à la relation de conjugaison.
microscope

Exercice 3 : L’œil et les instruments d’optique
A L’œil
A.1 Définir: punctum proximum.
A.2. Un œil a son punctum remotum à 100 cm, son punctum proximum à 10 cm. Quel (s) est (sont) le (s) défaut (s) d’accommodation de cet œil? Justifier la réponse.
A.3. Quelles doivent être la nature et la vergence de la lentille qu’il faut accoler à cet œil pour envoyer son punctum remotum à l’infini?
B. Lunette astronomique
Une lunette astronomique est constitué d’un oculaire de distance focale f1 = 3 cm et d’un objectif de distance focale f2 = 300 cm.
B. 1. Expliquer l’expression « lorsque la lunette est afocale ».
B. 2. Lorsque la lunette est afocale, calculer:
    B. 2. 1. La distance entre les centres optiques de l’oculaire et de l’objectif.
    B. 2. 2. Le grossissement G de la lunette

Exercice 4: Energie électrique
A. Accumulateur au plomb
Le document 3 ci-dessous donnes les courbes représentatives des variations de la f.é.m.. d’un élément d’accumulateur plomb-acide sulfurique pendant la charge et pendant la décharge.
charge condensateur
charge condensateur
A1. Attribuer à chaque courbe, le fonctionnement correspondant. On justifiera la réponse.
A.2 Décrire un élément de batterie plomb-acide sulfurique. On donnera la nature des électrodes et on précisera celle qui est la borne positive.
A-3. A quel risque expose-t-on une cellule de batterie plomb-acide sulfurique si la f.é.m. de décharge devient inférieur à 1,6V?
A-4 citer un avantage des accumulateur plomb-acide sulfurique.
B. caractéristique d’un groupe électrogène.
Le document de la page suivante donne les caractéristiques d’un groupe électrogène
B– 1 sur le document que signifie (AC)?
B– 2 conversions des formes d’énergie dans le groupe électrogène.
B– 2.1 Quelle est la source utilisée par le groupe électrogène?
B-2.2 quelle forme d’énergie l’alternateur transforme t’il en énergie électrique?
B– 2.3 à l’aide d’un diagramme, indiquer les conversions de formes d’énergie opérées au cours du fonctionnement  du groupe électrogène.
B-3 Quelle information apporte l’indication: facteur de puissance 1 ?
B– 4 calculer le rendement électrique de l’alternateur lorsqu’il fournit à une installation (puissance nominale à charge) une tension alternative.
 
EF1000IS-un portable d’appoint léger et efficace
Le plus léger du marché: 13Kg, compact et silencieux, ce groupe électrogène offre la qualité d’une prise de courant domestique, la mobilité en plus.
Ce générateur possède un tableau de bord complet, un mode économique, une sécurité d’huile et dispose d’un coupe circuit et d’un prise chargeur de batterie.
Point fort
230V-1000VA
Très facile à transporter avec ses 13 kg, le générateur le plus léger du marché
Coupe-circuit d’urgence intégré
Grande qualité de courant (compatible informatique)

Caractéristique électrique 

Caractéristiques moteur  

Caractéristique générales 

Alternateur

Type « Inventer-sillent »

Type

Quatre temps OHV-refroidissement par air

Dimensions (1 * ρ * h)

450 * 235 * 380 mm

Fréquence

50HZ

Cylindré

50 Cm3

Poids à sec

13 Kg

 

Puissance nominal à charge (AC)

900 VA Puissance

1,61 KW (2ch) à 6500tr/min

Niveau sonore (LWA)

88 dB (A)

 

Puissance maxi (AC)

1000 VA Carburant

Essence sans plomb

Niveau sonore à 7 m

47 dB (A) mode éco

 

Sortie (AC)

230 V

Capacité du réservoir d’essence

2,5 L    

Intensité nominale

3,9 A

Capacité du réservoir d’huile

0,32 L    

Tension (5DC)

12 V / 8A

Mise en route

Lanceur    

Facteur de puissance

1        

Nb de phases

Simple        

Stater

Direct        

Autonomie 

4 h 12 h mode

éco

       

Document: Caractéristiques d’un groupe électrogène.