[PDF] Physique UE3 -- PACES 22 mai 2014 d'un





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Polycopié dexercices et examens résolus: Mécaniques des

Mouvement d'un solide autour d'un point ou d'un axe fixes. Ces deux polycopiés l'un de cours et l'autre d'exercices et examens résolus forment un ensemble.



érie dexercices N°1

__ Rotation d'un solide autour d'un axe fixe __. P. H. Y. S. I. Q. U. E. Exercice 1 : L'image ci-contre est la chronophotographie d'une roue de bicyclette 



TD13 : Solide en rotation autour dun axe fixe – corrigé

TD13 : Solide en rotation autour d'un axe fixe – corrigé. Exercice 1 : Moments d'inertie. Les solides qui ont leur masse le plus loin de l'axe ont un moment 



série des exercices : rotation dun solide autour dun axe fixe

Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe. Exercice 1 : Un disque effectue 45 tours par minute. Son diamètre est = 17 .



Exercice 1 : Correction

Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe. Exercice 1 : Un disque effectue 45 tours par minute. Son diamètre est = 17 .



TOUT-EN-UN

16 juin 2021 Tous les exercices sont entièrement corrigés. P001-1008-9782100790524.indd 6 ... Énergie d'un solide en rotation autour d'un axe fixe .



Niveau : 1 BAC Physique Chimie

L'équation horaire du mouvement d'un point M d'un corps solide en rotation autour d'un axe fixe est : s(t) = 060t+0



Polycopié dexercices et examens résolus: Mécanique du point

Décrire les caractéristiques d'un mouvement : vitesse accélération



Livre_document maître

2 - Rotation d'un solide autour d'un point fixe. 143. 2.1 - Equations. 143. 2 2 – Exemple : la toupie. 144. Exercices corrigés.



Physique UE3 -- PACES

22 mai 2014 d'un solide ainsi que sa rotation autour d'un axe fixe et un chapitre sur la mécanique ondulatoire. Deux autres chapitres « Théorème de ...

Quel est l’effet d’une force sur la rotation d’un solide ?

L efficacité de la rotation dépend de l intensité de la force et de la position de la droite d action, par rapport à l axe de rotation. II- Moment d une force par rapport à un axe 1. Définition du moment d une force. Le moment d une force par rapport à un axe traduit son efficacité à produire un effet de rotation du solide autour de cet axe .

Comment calculer la rotation d'un solide?

s'il existe deux points A et B de S qui restent fixes par rapport à R. Considérons par exemple la rotation du solide S autour de l'axe (O,z) par rapport au référentiel R. Soient A et B deux points de S situés sur l'axe de rotation appelé ?.

Comment savoir si un solide a un mouvement de rotation d'axe fixe ?

Un solide a un mouvement de rotation d'axe fixe si les trajectoires de tous ses points sont des cercles de rayons différents et si tous ces cercles ont le même centre. Sur cet exemple, le solide en rotation est représenté par le polygone. M est un point quelconque de ce solide. O est le centre de rotation de ce solide.

Quel est le centre de rotation d'un solide ?

O est le centre de rotation de ce solide. Sa vitesse est nulle. Le vecteur n représente la normale de la trajectoire du point M, le vecteur t la tangente de cette trajectoire. Le point est la position initiale du point M. : Repère fixe.

Physique

UE3 PACES

Physique

UE3 4 e

édition

Salah Belazreg

Professeur agrégé et docteur en physique, il enseigne au lycée Camille Guérin à Poitiers. Il a enseigné la biophysique en classes préparatoires aux concours de Médecine. Il est aussi interrogateur en classes préparatoires scienti“ ques. PACES

© EdiScience, 2004, 2010, 2014

EdiScience est une marque de

Dunod Éditeur, 5 rue Laromiguière, 75005 Paris

ISBN 978-2-10-071226-7

“belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page v — #1

Table des matières

Partie 1 - Mesure des grandeurs

Chapitre 1. Grandeurs physiques. Équations aux dimensions..........................1

1. Les grandeurs physiques ................................................................. 1

2. Systèmeinternationald"unités........................................................... 2

3. Équationsauxdimensions................................................................ 2

4. Analyse dimensionnelle................................................................... 4

Synthèse............................................................................................ 5

QCM................................................................................................. 5

Corrigés............................................................................................. 6

Partie 2 - Mécanique

Chapitre 2. Cinématique du point...............................................................7

1. Référentielsetrepères..................................................................... 7

2. Vitesse et accélération..................................................................... 11

3. Étudedequelquesmouvements......................................................... 14

4. Mouvementsrelatifset absolus.......................................................... 16

Synthèse............................................................................................ 20

Exerciceset QCM................................................................................ 20

Corrigés............................................................................................. 23

Chapitre 3. Dynamique newtonienne...........................................................31

1. Les différentes actions auxquelles peut être soumis un système mécanique 32

2. Centre d"inertie. Quantité de mouvement............................................. 37

3. Le principe d"inertie (1

re loi deNewton).............................................. 38

4. Lesréférentielsgaliléens.................................................................. 38

5. Relation fondamentale de la dynamique (2

e loide Newton)..................... 40

6. Principe des actions réciproques (3

e loideNewton)............................... 41

7. Validité de la relation fondamentale.................................................... 41

8. Conservation de la quantité de mouvement .......................................... 43

V “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page vi — #2

9. Momentcinétique .......................................................................... 44

Synthèse............................................................................................ 46

Exerciceset QCM................................................................................ 46

Corrigés............................................................................................. 50

Chapitre 4. Équilibre d"un solide - Solide en rotation autour d"un axe fixe.......58

1. Les effetsd"uneforce...................................................................... 58

2. Momentd"uneforce ....................................................................... 61

3. Conditions générales d"équilibre d"un solide ........................................ 63

Synthèse............................................................................................ 64

Exerciceset QCM................................................................................ 64

Corrigés............................................................................................. 66

Chapitre 5. Travail. Puissance. Énergie........................................................69

1. Travailetpuissanced"uneforce......................................................... 70

2. Théorèmedel"énergiecinétique........................................................ 73

3. Énergie potentielle Énergie mécanique................................................ 75

Synthèse............................................................................................ 76

Exerciceset QCM................................................................................ 77

Corrigés............................................................................................. 80

Chapitre 6. Conservation de la quantité de mouvement - Choc entre deux particules........................................................87

1. Définitions.................................................................................... 87

2. Chocsentredeuxparticules.............................................................. 88

Synthèse............................................................................................ 92

Exerciceset QCM................................................................................ 92

Corrigés............................................................................................. 94

Partie 3 - Électricité

Chapitre 7. Électrostatique........................................................................98

1. Champet potentielélectrostatique...................................................... 98

2. Ledipôleélectrostatique.................................................................. 106

Synthèse............................................................................................ 108

Exerciceset QCM................................................................................ 108

Corrigés............................................................................................. 113

Chapitre 8. Électrocinétique des courants continus.......................................125

1. Lecourantcontinu.......................................................................... 126

2. Loid"Ohm.................................................................................... 128

3. Conductivité. Mobilité..................................................................... 132

4. Énergieélectrique........................................................................... 134

5. Force électromotrice d"un générateur. Force contre électromotrice

d"un récepteur ............................................................................... 135

Synthèse............................................................................................ 138

Table des matières

VI “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page vii — #3 Exerciceset QCM................................................................................ 138

Corrigés............................................................................................. 141

Chapitre 9. Électromagnétisme...................................................................147

1. Lechampmagnétique..................................................................... 147

2. Champ d"induction magnétique créé par un élément de courant................ 150

3. Flux d"induction magnétique ............................................................ 152

4. Action d"un champ magnétique sur un élément de circuit parcouru

paruncourant ............................................................................... 154

5. Action d"un champ magnétique

Bsuruncircuitfermé........................... 157

Synthèse............................................................................................ 159

Exerciceset QCM................................................................................ 160

Corrigés............................................................................................. 163

Chapitre 10. Mouvement d"une particule chargée dans un champ uniforme......171

1. Action d"un champ électrique uniforme sur une particule chargée............. 171

2. Action d"un champ magnétique uniforme sur une particule chargée........... 175

Synthèse............................................................................................ 179

Exerciceset QCM................................................................................ 180

Corrigés............................................................................................. 184

Chapitre 11. Courants transitoires..............................................................193

1. Réponse d"un circuit R,C à un échelon de tension.................................. 193

2. Applications.................................................................................. 199

3. Réponse d"un circuit R,L à un échelon de tension.................................. 202

Synthèse............................................................................................ 205

Exerciceset QCM................................................................................ 205

Corrigés............................................................................................. 208

Partie 4 - Fluides et thermodynamique

Chapitre 12. Mécanique des fluides............................................................215

1. Généralités sur les fluides................................................................. 215

2. Fluide en équilibre.......................................................................... 218

3. Fluide en mouvement(ou dynamique des fluides).................................. 221

4. Dynamiquedesfluidesréels ............................................................. 225

Synthèse............................................................................................ 228

Exerciceset QCM................................................................................ 228

Corrigés............................................................................................. 234

Chapitre 13. Les phénomènes de surface.....................................................244

1. Tensionsuperficielledesliquides....................................................... 244

2. Ascension capillaire........................................................................ 250

Synthèse............................................................................................ 251

Exerciceset QCM................................................................................ 252

Corrigés............................................................................................. 254

Table des matières

c Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit. VII “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page viii — #4 Chapitre 14. Thermodynamique..................................................................259

1. Legazparfait.Théoriecinétique........................................................ 260

2. Premierprincipeouprincipedela conservationdel"énergie.................... 265

3. Secondprincipeouprinciped"évolution.............................................. 268

4. Équilibre d"un corps pur sous deux phases........................................... 269

Synthèse............................................................................................ 272

Exerciceset QCM................................................................................ 272

Corrigés............................................................................................. 278

Partie 5 - Optique

Chapitre 15. Ondes...................................................................................290

1. Généralités sur les ondes.................................................................. 290

2. Ondes stationnaires......................................................................... 297

3. Exemples d"ondes progressives ......................................................... 299

4. Vitesse duson................................................................................ 304

5. L"effet Doppler-Fizeau..................................................................... 306

6. Notions sur les ondes électromagnétiques............................................ 310

Synthèse............................................................................................ 313

Exerciceset QCM................................................................................ 313

Corrigés............................................................................................. 315

Chapitre 16. Interférences. Diffraction........................................................319

1. Interférences de deux ondes.............................................................. 319

2. Diffraction.................................................................................... 327

Synthèse............................................................................................ 332

Exerciceset QCM................................................................................ 332

Corrigés............................................................................................. 335

Chapitre 17. Le photon.............................................................................342

1. L"effet photoélectrique..................................................................... 342

2. L"effetCompton............................................................................. 345

Synthèse............................................................................................ 349

Exerciceset QCM................................................................................ 349

Corrigés............................................................................................. 352

Chapitre 18. Niveaux d"énergie dans un atome.............................................355

1. Spectresd"émissionet d"absorption.................................................... 356

2. L"atomedeBohr.Niveauxd"énergiedesélectrons................................. 357

3. Spectres des atomes. Cas de l"atome d"hydrogène ................................. 361

4. L"atomedeSommerfeld................................................................... 364

5. Notiondenombrequantique............................................................. 366

Synthèse............................................................................................ 368

Exerciceset QCM................................................................................ 368

Corrigés............................................................................................. 371

Table des matières

VIII “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page ix — #5 Chapitre 19. Mécanique ondulatoire............................................................376

1. Lesaspectsdela lumière ................................................................. 376

2. Ondeassociée àuneparticule ........................................................... 377

3. Principed"incertitudedeHeisenberg .................................................. 378

4. Probabilité de présence.................................................................... 379

Synthèse............................................................................................ 381

Exerciceset QCM................................................................................ 382

Corrigés............................................................................................. 383

Chapitre 20. Le laser. Oscillateur à fréquence optique...................................387

1. Caractéristiques d"un faisceau laser.................................................... 387

2. Principe de fonctionnement.............................................................. 390

3. Quelquesapplicationsdulaser .......................................................... 396

Synthèse............................................................................................ 398

Exerciceset QCM................................................................................ 398

Corrigés............................................................................................. 403

Chapitre 21. Optique géométrique..............................................................410

1. Quelques notions de base de l"optique géométrique ............................... 410

2. Notiond"objetet d"image ................................................................ 415

3. Dioptres....................................................................................... 417

4. Systèmescentrés............................................................................ 423

5. Les lentilles .................................................................................. 424

Synthèse............................................................................................ 427

Exerciceset QCM................................................................................ 427

Corrigés............................................................................................. 431

Chapitre 22. OEil et instruments d"optique...................................................437

1. Aberrations................................................................................... 437

2. L"oeil ........................................................................................... 440

3. Lesinstrumentsd"optique................................................................ 442

Synthèse............................................................................................ 447

Exerciceset QCM................................................................................ 447

Corrigés............................................................................................. 450

Table des matières

c Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit. IX “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page x — #6 X “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page xi — #7 XI “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page xii — #8 “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page xiii — #9

Avant-propos

"Pour qui réfléchit, le comble du bonheur est d"avoir compris ce qui est compréhen- sible et de respecter ce qui ne l"est pas. »

Goethe(Johann Wolfgang von).

Cet ouvrage est la 4

e édition du manuel de physique, de la collection PACES (pre- mière année commune aux études de santé), paru enjanvier 2004. Il est complètement revu, corrigé et rehaussé par deux nouveaux chapitres : un chapitre traitant l"équilibre d"un solide ainsi que sa rotation autour d"un axe fixe et un chapitre sur la mécanique ondulatoire. Deux autres chapitres, " Théorème de Gauss-Condensateurs, capacité » et " les lois de Kirchhoff», sont en complément sur le web. Il est le fruit d"une longue expérience et de nombreuses années d"enseignement de la physique dans le secondaire et le supérieur. Il s"adresse principalement aux étudiants de 1 re année santé pour la préparation des concours Médecine-Pharmacie-Dentaire- Sage femme, mais il intéressera aussi les étudiants en classes préparatoires bio-véto, agro ainsi que les étudiants en 1 re et 2 e année de Licence scientifique (L1 et L2). Son but est de présenter de façon claire et progressive l"ensemble des notions à connaître par les étudiants de première année santé (PACES) et son usage suppose que l"étudiant ait une connaissance complète du programme actuel des premières et terminales scientifiques.

La forme a été améliorée par la présentation. En effet, chaque chapitre indique claire-

ment les objectifs à atteindre et comporte, en plus du cours et d"une synthèse finale, des exercices et des QCM de difficulté progressive. Il présente de nombreux sujets d"adaptation progressive aux programmes et aux exi- gences de ces concours et examens difficiles. -Les cours,exposés de façon détaillée, présentent les résultats fondamentaux ainsi que des compléments sur des notions plus délicates. -Les exercices, classés par niveaux de difficultés, sont tous suivis de leurs solutions détaillées. Ils permettront ainsi aux étudiants de tester leurs connaissances et tirer le maximum de profit de chaque mise en situation. XIII “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page xiv — #10 De plus, certains nécessitant une réflexion plus approfondie exciteront et combleront la curiosité des plus audacieux. -Les QCM, en fin de chaque chapitre, sont de véritables exercices de réflexion. Ainsi, avant de proposer des solutions rapides et sans démarches rigoureuses, il im- porte de bien connaître la totalité du cours, et pas seulement les formules. Une résolu- tion approfondie vous permettra de vous entraîner à ce type d"épreuve afin de gagner compétence et rapidité. Comme pour les précédentes éditions, j"espère que cet ouvrage constituera pour les étudiants un outil précieux pour la préparation de ces concours et examens difficiles, et leur souhaite bon courage.

Remerciements

Je remercie très sincérement Marc Violino, Professeur de chaires supérieures, pour sa lecture attentive de la totalité de l"ouvrage et les corrections apportées. Ses remarques judicieuses et ses nombreux conseils m"ont été très utiles. Mes remerciements vont également à l"équipe du Professeur Rémy Perdrisot du ser- vice de biophysique et médecine nucléaire de la faculté de médecine et de pharmacie de Poitiers pour les annales qu"il m"a fournies. Merci à mon épouse, le Docteur Frédérique Belazreg, pour son aide, sa relecture des différents chapitres, ses conseils pour les exemples et les applications médicales cités dans ce manuel. Merci à mes enfants pour leur patience et compréhension.

Je remercie également les éditions Dunod pour le soin et la présentation apportés à la

réalisation de cet ouvrage. Merci enfin à tous les étudiants qui ont donné une place à ce manuel et au succès qu"il a jusqu"alors rencontré. Que les lecteurs, collègues enseignants et étudiants, qui voudront bien me formuler leurs remarques constructives et critiques ou me présenter leurs suggestions succep- tibles d"améliorer cet ouvrage en soient par avance remerciés.

Poitiers, mai 2014 Salah Belazreg

Pour les QCM, chaque question comporte une ou plusieurs réponses exactes. Vous devez indiquer pour chacune d"elles si elle est vraie (en cochant la proposition) ou fausse.

Avant-propos

XIV “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page 1 — #11

Grandeurs physiques

Équations aux dimensions

1 Cours

1.Les grandeurs physiques

2.Système international d'unités

3.Équations aux dimensions

4.Analyse dimensionnelle

Synthèse

Exercices et QCM

Corrigés

€Savoir établir une équation aux dimen-

sions

€Retrouver l'unité d'une grandeur phy-

sique dans le système S.I. Cours

La physique a pour but de décrire des phénomènes et étudier leurs propriétés : leurs

études nécessitent la définition de grandeurs physiques. À chaque grandeur physique correspond une unité et l"ensemble des unités est regroupé dans un système universel, le système international.

1. LES GRANDEURS PHYSIQUES

La physique est une science basée sur l"observation de phénomènes physiques, et l"étude de ces phénomènes nécessite la définition de grandeurs physiques. On appellegrandeur physiquetoute propriété physique mesurable. Une grandeur physique est mesurable si on sait définir l"égalité, la somme et le rap- port de deux grandeurs de son espèce. La mesure de la grandeur s"obtient donc par comparaison entre deux grandeurs phy- siques de même nature dont l"une est choisie comme unité. 1 “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page 2 — #12

Exemple

Il est possible d"exprimer la masse d"un solide en fonction de la masse d"un so- lide de référence de notre choix. Pour cela, il faut choisir le solide de référence et l"unité de masse. L"unité légale de masse (S.I.) est le kilogramme, de symbole kg.C"est par définition, la masse d"un cylindre de platine irridié déposé au bureau international des poids et mesures (pavillon de Breteuil à Sèvres).

Toute masse se mettra donc sous la forme :m=xkg.

2. SYSTÈME INTERNATIONAL D"UNITÉS

Des grandeurs fondamentales ont été choisies : elles sont au nombre de sept(tableau ci-dessous). L"ensemble des unités est regroupé dans un système cohérent et univer- sel d"unités, appelé lesystème international (S.I.). Toute grandeur physique peut donc s"exprimer sur la base de ces unités fondamen- tales.

Grandeurs fondamentalesUnitésSymboles

Massekilogrammekg

Longueurmètrem

Tempssecondes

Intensité du courant électriqueampèreA

TempératurekelvinK

Quantité de matièremolemol

Intensité lumineusecandélacd

Unités supplémentaires

Angle planradianrad

Angle solidestéradiansr

3. ÉQUATIONS AUX DIMENSIONS

Le principe des équations aux dimensions consiste à ramener les différents para- mètres qui interviennent dans une formule aux grandeurs fondamentales du système international d"unités. Le tableau ci-après donne quelques grandeurs physiques et leur dimension.

1€Grandeurs physiques. Équations aux dimensions

2 “belazreg_71226" (Col. : 100% Santé 17x24) — 2014/5/22 — 11:05 — page 3 — #13

Grandeur physiqueDimensionUnité

MasseMkg

LongueurLm

TempsTs

Intensité du courant électriqueIA

Exemples

€Unité d"une accélération.

Commea=

dv dt d 2 x dt 2 (cas d"un mouvement rectiligne), alors [a]= [x] t 2

β([a] : se lit dimension dea).

Or [x]=Let [t]=T, donc

[a]= L T 2 =LT Š2 Dans le système (S.I.), une accélération s"exprime donc en m.s Š2 €Unité d"une force.

CommeF=ma, alors [F]=[m][a], soit

[F]=MLT Š2 Dans le système (S.I.), une force s"exprime en kg.m.s Š2 Letableau ci-dessousdonne quelques grandeurs dérivées (elles dérivent des unités fondamentales) ainsi que leurs unités. GrandeurÉquations aux dimensionsUnités de baseNoms

ForceMLT

Š2 kg.m.s Š2 newton : N

PressionML

Š1 T Š2 kg.m Š1 .s Š2 pascal : Pa

TravailML

2 T Š2 kg.m 2 .s Š2 joule : J

PuissanceML

2 T Š3 kg.m 2 .s Š3 watt : W

ChargeQ=ITA.scoulomb : C

PotentielML

2 T Š2 Q Š1 kg.m 2 .s Š3 A Š1 volt : V

CapacitéM

Š1 L Š2 T 2 Q 2 kg Š1 m Š2 s 4 A 2 farad : F

RésistanceML

2 T Š1 Q Š2 kg.m 2 .s Š3 A Š2 ohm :Ω

ConductanceM

Š1 L Š2 TQ 2 kg Š1 .m Š2 .s 3 A 2 siemens : S

Champ magnétiqueMT

Š1 Q Š1 kgsquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40
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