Exercices corrigés de Physique Terminale S
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Physique Terminales C D
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Cinématique et dynamique du point matériel (Cours et exercices
forces centrales. À la fin de ce polycopié nous proposons quelques exercices corrigés. Page 6. Calcul vectoriel.
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et 184 exercices corrigésEric Simo, Msc.-Ing. TU-BS (Editeur)
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kuateric@gmail.comPhysique Terminales C, D, E, TI. Nouvelle EditionAuteurs: Emmanuel Simo, Maître Es Sciences; Maurice Noumbissi, Maître Es Sciences (Cameroun)
Contributions: E. S. (Allemagne); F. W., J. T. (Cameroun); E. A. F. (Italie, R-U); T. v. P. (Pays-Bas); A. Z.,
Conception graphique des couvertures: R. A. (Bangladesh) Thème artistique des couvertures 2017: Intelligence ArtificielleISBN 978-3-947242-01-6•Maison d"Edition SIMO•Bandjoun Brunswick Belfast Rotterdam•2017
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des ayants droit est nécessaire.Site Internet: www.simo.education
utile et efficace pour aider les apprenants desclasses de terminales scienti?ques et techniques, quel
que soit leur niveau, à améliorer leurs performances enphysique.Inspirée de la pédagogie nouvelle, la conception de ce livre se fonde sur deux outils à savoir : le
courset lesexercices corrigés. Le cours a été conçu selon le projet pédagogique suivant : "Une présentation claire parfaitement lisible qui permet de faciliter le travail de l"apprenant.Un enseignement expérimental : comme le programme le demande, l"exposé privilégie l"expé-
rience. A chaque fois que cela est possible les notions sont présentées grâce à une expérience
décomposée en un dispositif suivi d"observations. L"interprétation qui suit systématiquement
ces expériences conduit aux définitions et aux grandes lois de la physique. Un cours bien structuré allant à l"essentiel : conforme aux contenus du programme, ce cours prépare aux compétences exigibles, mais en se limitant strictement aux notions qui doivent être étudiées. Nous l"avons donc voulu bref.Les exercices résolus et commentés, soutenus par desméthodes de résolutionpermettent à l"ap-
prenant d"acquérir l"esprit scientifique et les principaux modes de raisonnement qu"il devra savoir
développer. C"est une bonne façon d"aborder les nombreux exercices de chaque chapitre. Dans leproposées, sur la schématisation, la représentation graphique, le choix des notations, la conduite
littérale et enfin l"application numérique.Notons cependant qu"il ne sert à rien de lire à priori la solution d"un exercice, mais qu"il faut
chercher cette solution après avoir lu l"énoncé en entier et ne consulter la solution proposée dans
le livre que pour contrôler son propre résultat ou en cas d"hésitation. Nous formons le voeu que cet ouvrage constitue un outil efficace pour les apprenants desclasses de terminales scienti?ques et techniques et qu"il apporte à nos collègues professeurs l"aide qu"ils sont en droit d"attendre. Nous attendons avec plaisir toutes les remarques et suggestions.; ITable des matières
?Forces et champs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .?
?.?Les forces de gravitation et le champ gravitationnel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Les forces de gravitation : Loi de l"attraction universelle ou loi de Newton . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Notion de champ de gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Champ de gravitation créé par une masse ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Les lignes de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Champ de gravitation d"un objet à symétrie sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Champ de gravitation et champ de pesanteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Variation de l"intensité de la pesanteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?Les forces électriques et le champ électrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Les charges électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Unité de charge électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Interaction entre les charges : La loi de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?Le champ électrostatique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Lignes de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?
?.?.? Champ électrique uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Les forces magnétiques - Le champ magnétique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Les forces magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Le champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Le champ magnétique terrestre ou champ géomagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Champ magnétique crée par un courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Cas d"une bobine plate circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Le champ magnétique créé par un solénoïde in?niment long . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.?Action d"un champ magnétique sur un élément de circuit parcouru par un courant. Loi de Laplace??
?.?.? La force de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? La force magnétique de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?Généralités sur les mouvements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .??
?.?Notions mathématiques sur la dérivation et l"intégration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? La dérivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? L"intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Le mouvement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Caractère relatif du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Notion de point mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Repérage dans le temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Les paramètres cinématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Les mouvements rectilignes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement rectiligne uniforme (m.r.u) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement rectiligne uniformément varié (m.r.u.v.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement rectiligne sinusoïdal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Mouvements circulaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement circulaire uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement circulaire uniformément varié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement circulaire sinusoïdal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Mouvement d"un solide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement de translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
II Table des matières
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?Les lois de Newton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .??
?.?Système dynamique et milieu extérieur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Système dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Notion de point matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Caractéristiques d"un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Forces intérieures et forces extérieures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Système isolé - Système pseudo-isolé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Principes des actions réciproques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Principe d"inertie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Les référentiels galiléens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Théorème du centre d"inertie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Dynamique du solide en translation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Dynamique du solide en rotation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Théorème de Huygens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Méthode de résolution des problèmes de dynamique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.??Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?Application des lois de Newton aux mouvements rectilignes uniformémentvariés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Les mouvements rectilignes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Chute libre des corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Etude dynamique de la chute libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Mouvement d"un solide sur un plan incliné. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Le plan incliné est parfaitement lisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Le plan incliné est rugueux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Les mouvements plans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Mouvement d"un projectile dans le champ de pesanteur supposé uniforme . . . . . . . . . . . . ??
?.?Mouvement d"une particule chargée dans un champ électrique uniforme. . . . . . . . . . . . . . ??
?.?.? Cadre d"étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?Application des lois de Newton aux mouvements circulaires uniformes. . . . . .????.?Mouvement d"un pendule conique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Mouvement d"un véhicule dans un virage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Mouvement d"un satellite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Étudions le mouvement du satellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Expression de la vitesse du satellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Période de révolution du satellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Mouvement d"une particule chargée dans un champ magnétique uniforme. . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude dynamique : déviation d"une particule chargée dans un champ magnétique uniforme . . . ???
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???;
III?Généralités sur les systèmes oscillants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .???
?.?Généralités sur les phénomènes périodiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Caractéristiques d"un phénomène périodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Phénomènes oscillatoires ou vibratoires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Dé?nition et exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Amortissement et entretien des oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Etude expérimentale des phénomènes périodiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Examinons quelques cas particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Cas particulier des phénomènes périodiques sinusoïdaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Représentation d"une fonction sinusoïdale par le vecteur de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Di?érence de phase entre deux fonctions sinusoïdales de même période . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?Les oscillateurs mécaniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .???
?.?Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Exemples d"oscillateurs mécaniques. Généralités sur les oscillateurs. . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Généralités sur les oscillateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Etude du pendule elastique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude de pendule elastique horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude du pendule élastique vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Etude du pendule de torsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Solution de l"équation di?érentielle du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Etude du pendule pesant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Le pendule simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Notions d"oscillations forcées et de résonance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Amortissement des oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Entretien des oscillations : oscillations forcées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?Les oscillateurs électriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .???
?.?Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Les oscillations électriques libres dans le circuitLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Equation di?erentielle régissant les oscillations électriques non amorties . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Lois horaires et diagrammes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Energie électromagnétique d"un circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Energie magnétique d"une bobine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Energie électrique d"un condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Conservation de l"énergie électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Entretien des oscillations électriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Amortissement des oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Equation di?érentielle pour un oscillateur électrique amorti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Tensions aux bornes d"un dipôleRLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Caractéristiques du dipôleRLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Etude de la résonance d"intensité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
IV Table des matières
?.?.? Puissance électrique en régime sinusoïdal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Analogie mécano - électrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Enoncés des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?Solutions des exercices et problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?Les ondes mécaniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .???
?.?Les signaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Signal transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.?.? Signal longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
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