Groupe socio-academique da travail-Discipline-Succès








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Echelle : 20mm pour 10-2 m et 20mm 1m2/s2

3- Calculer le travail du poids du solide entre la position initiale et la position finale.

4- Montrer alors que les frottements ne sont pas négligeables dans cette expérience.

5- Etablir l’expression de V2 en fonction de x et de la force de frottement f.

6- Tout en exploitant l’allure du graphe du 4-2, trouver la valeur de l’intensité de la force de frottement f.
EXRCICE 18 : Energie mécanique

(Les paries C et D sont indépendantes)

C- On modélise une automobile de masse m = 1200 kg par un solide (S) qui roule le long de la route.

On prendra g = 9,8 N.Kg-1

C-1 Dans un premier temps l’automobile roulant sur une route rectiligne et horizontale à vitesse V = 4,18 m.s-1, on coupe à la date t1 le moteur. On admet alors que l’automobile n’est plus soumise qu’à la réaction normale de la route R, à son poids P et à la somme des forces qui s’opposent au déplacement F, parallèle à la route , et de sens opposé à la vitesse et d’intensité constante. La voiture parcours alors sur son élan une distance d = 20 m avant de s’arrêter sans que les freins aient été actionnés.

a) Faire à l’aide d’un schéma clair, le bilan des forces qui agissent sur l’automobile à la date t1

b) Exprimer les travaux effectués par les forces appliquées à l’automobile jusqu’aà son arret et en déduire l’intensité de la force F

C-2 l’automobile est maintenant à l’arrêt sur une route qui descend de 7 m lorsqu’on parcourt 100m sur da ligne de plus grande pente (pente de 7%). A la date t2 on libère l’automobile, elle descend alors la pente en partant du repos. On admet que la somme des forces qui s’opposent à son mouvement est une force parallèle à la route, d’intensité

F’ = 520 N

a) Faire, à l’aide d’un schéma clair, le bilan des forces qui agissent sur l’automobile à la date t2

b) Exprimer les travaux effectués par les forces appliquées à l’automobile puis en déduire la vitesse acquise au bout d’un parcours de 20m.
D- Un chariot (S), de masse (S) de masse M= 375g, peut glisser sans frottement le long de la ligne de plus grande pente d’un plan incliné. (Voir figure à la fin). Une ficelle inextensible, de masse négligeable passant dans la gorge d’une poulie dont on néglige aussi la masse, la rend solidaire d’une masse d’entraînement m.
On prendra g = 9,8 Nkg-1

D.1A une date t1, le chariot grimpe la pente du plan incliné. On mesure la valeur de sa vitesse.

Soit V1 = 0,5m.s-1 la valeur obtenue.

  1. Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le chariot. On fera un schéma clair sur lequel on représentera les forces.

  2. Quelles sont celles de ces forces celles qui travaillent ? justifier.

  3. Exprimer puis calculer la valeur numérique de l’énergie cinétique du chariot à la date t1.

D.2 A une date t2 ultérieure à t1 on refait une autre mesure de la vitesse du chariot allant toujours vers le haut de la pente. Soit V2 = 0,8m.s-1 la valeur obtenue.

a) Quelle est la valeur Ec de la variation de l’énergie cinétique de chariot entre les dates t1 et t?

B° Sachant que la durée t = t2 – t1 le chariot a parcouru une distance d = 80 cm, déterminer la valeur m de la masse d’entraînement


m

= 30°
Exercice 19 L’œil et les instruments d’optique

1- Un microscope est muni d’un objectif et d’un oculaire dont les puissances respectives sont 100 et 20 dioptries. Il est utilisé sans accommodation par un observateur à vue normale.

1.1 La distance oculaire-objectif étant de 16cm, calculer :

1.1.1 Le grossissement commercial de ce microscope

1.1.2 L’angle sous lequel on voit un globule rouge dont le diamètre est de 22µm

1.1.3 Le diamètre d’un objet qui serait vu à l’œil nu sous le même angle à la distance de 25cm.

Exercice 20

Une boule B1 de masse m1 = 1,50kg, lancé avec une vitesse initiale Vo = 5.m.s-1, oscille à partir d’un point A situé à 30cm plus haut que le centre de gravité d’une deuxième boule B2 de masse m2 = 4,6kg initialement au repose.

Lorsque les deux boules entrent en collision, le système est pseudo-isolé et le choc élastique. Déterminer

1- La valeur de la vitesse de la boule B1 juste avant le choc

2- La valeur et le sens des vitesses et des boules B1 et B2 juste après le choc

3- La hauteur dont s’élève chaque boule, on néglige la résistance de l’air.

Exercice 21 Energie

Un solide de masse m = 200g se déplace dans une glissière constituée d’une partie rectiligne BC et d’une partie circulaire BD de centre O et de rayon. On néglige des frottements. G = 10N/kg. L’origine des altitudes est le point B et celle des énergies potentielles est le plan horizontal contenant B (voir figure 1)


Le solide part du point C avec une vitesse initiale de 1.6m/s

1- Représenter en C et en M les forces appliquées au solide

2- Calculer les altitudes Zc et Ze des points C et E ; en déduire l’énergie potentielle du solide lorsqu’il se trouve en chacun de ces points. On donne CB = 5m ;  = 20° ; R = 1m

3- Calculer le travail du poids lorsque le solide passe de C à B. En déduire l’énergie cinétique du solide au point B

4- Calculer l’énergie mécanique du solide en B

5- Le système étant conservatif, calculer la vitesse du solide

en E.



6- Donner l’expression de la vitesse VM du solide du point M en fonction de VE, m, g, r et 

AN : calculer Vm pour

7- Le solide pourra-t-il atteindre le point D ?
Exercice 22

1- Sur un accumulateur on peut lire 12V ; 40Ah ; 250A. Les couples en présence sont : et

L’électrolyte est l’acide sulfurique concentré

    1. Que signifie chacune de ces indications portées sur l’accumulateur ?

    2. Combien d’éléments sont associés et comment ?

    3. Ecrire les réactions aux électrodes puis la réaction de fonctionnement

    4. Quelle est la durée de fonctionnement si le courant a une intensité I = 5A


Exercice 23

A- Lentilles sphériques minces

1- Construire, sur la figure du document à remettre avec la copie, l’image de l’objet AB.

2
(L)
- Déduire de la construction la nature, la position et la taille et le sens de l’image obtenue. On donne l’échelle : 1 carreau représente 5mm



B





F A


B- Œil et instruments d’optique

1- Définir les termes suivants : accommodation, punctum remotum PR)

2- Pour un œil, la distance cristallin rétine est 17mm

a) Quelle est la vergence du cristallin de cet œil lorsqu’il voit sans accommoder ?

b) Quelle doit être la vergence du cristallin pour que cet œil voie net un objet situé à 30cm du centre optique du cristallin ?
Exercice 24 Optique

A
Une lentille (L) convergente donne d’un objet réel perpendiculaire à l’axe principal de celle-ci, une image . Les foyers de la lentille sont F et F’ . L’image A’B’ est déterminée graphiquement comme l’indique la figure ci-dessous.

1- Etablir les relations de Descartes suivantes pour les lentilles, à partir de la figure ci-dessus :

1.1 La relation de position (ou de conjugaison)

On utilisera l’homothétie des triangles IOF’ et IJB’ d’une part, et celle des triangles JOF et JIB d’autre part.

- Lentilles minces



1.2- La relation de grandissement On pourra utiliser l’homothétie des triangles OAB et OA’B’

2- On place devant une lentille convergente de distance focale f = 20cm, à 15cm du centre optique de la lentille un petit objet lumineux de hauteur 2cm

2.1 Appliquer la relation de conjugaison pour déterminer la position de l’image que donne de cet objet la lentille

2.2 Donner les caractéristiques de cette image : nature, taille et sens

2.3 Construire à une échelle que vous préciserez, l’image que donne d’un petit objet lumineux de hauteur 4cm, une lentille divergente de distance focale f’ = -20cm lorsque celui-ci est placé à 8cm de son centre optique

B- L’œil

1- Faire le schéma annoté de l’œil réduit

2- Pour un sujet adulte dont l’œil est normal, la distance minimale de vision distincte est de 25cm environ. Comment varie cette distance avec l’âge ? A quelle cause cela est-il dû ?
Exercice 25 Energie électrique

A- Générateurs de courants continus

1- Faire le schéma d’une pile Daniell

2- Expliquer son fonctionnement
B
Un fil rectiligne, dont on suppose la longueur infini est parcouru par un courant d’intensité I comme l’indique la figure ci-contre où on a représenté deux lignes de champ et sur l’un d’elle deux points M et N diamétralement opposés

1- Recopier la figure ci-contre sur la feuille de composition puis donner le sens des lignes de champ et représenter les vecteurs champs en M et en N

2- Comment sont modifiés et

2.1 Lorsqu’on inverse le sens du courant dans le fil

2.2 Lorsque, le courant ayant le même sens qu’à la question 1, on double son intensité ?
- Champs magnétiques







N

M

I


C- Induction électromagnétique

1- Décrire, schéma à l’appui, une expérience mettant en évidence le phénomène d’induction électromagnétique

2- Enoncer la loi de Lenz.

3- Une bobine plate constituée de 100 spires de diamètre 12cm tourne autour d’un axe vertical, contenu dans le plan des spires et passant par son centre, avec une vitesse angulaire  = 40tr/s dans une zone où règne un champ magnétique uniforme de direction horizontale et d’intensité B = 0,005T

3.1 Calculer l’inductance L de la bobine.

3.2 Donner une expression de la d.d.p d’induction qui apparaît aux bornes de la bobine en fonction du temps




Bobine

Lignes

de champ




Vue de dessus de la bobine

Exercice 26 Energie mécanique


1- Un câble dont la direction fait avec celle du déplacement un angle = 30° et développement une tension T = 1200N sert à tracter un bateau sur un sol plan et horizontal. Le bateau se déplace alors avec une vitesse constante v = 0,75m.s-1. Le câble s’enroule ensuite sur un tambour de diamètre 50cm, solidaire à l’arbre d’un moteur (figure ci-contre)



1.1 Exprimer puis calculer la valeur numérique du travail effectué par la tension du câble lorsque le bateau a parcouru 100m.

1.2 Déterminer le moment du couple développé par le moteur si la transmission au tambour se fait sans perte.

1.3 Calculer le travail effectué par le couple précédent lorsque l’arbre du moteur effectue 4 tours.

2- Un cycliste roule sur un tronçon de route rectiligne à la vitesse constante v = 16km.h-1, en pédalant. On considèrera le cycliste comme un solide ponctuel glissant sur la route et soumis aux forces , son poids, la réaction de la route et la somme de toutes les forces qui s’opposent à l’avancement (on suppose cette dernière force parallèle à la route et de sens contraire à celui de la vitesse)

2.1 Calculer son énergie cinétique. On prendra la masse du cycliste et sa machine égale à 80kg. On négligera l’énergie cinétique de rotation des roues du vélo

2.2 Enoncer le théorème l’énergie cinétique

2.3 En appliquant le théorème de l’énergie cinétique au cycliste, montrer que le travail de la force est opposé à celui de la réaction de la route.
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