QCM mécanique. Concours Advance 2015

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Deuxième loi de Newton.
Deuxième loi de Newton.
Sur la piste d’un porte-avions, la poussée des moteurs d’un avion, de type « super étendard », est insuffisante pour le décollage. Il est donc nécessaire d’utiliser une catapulte qui exerce une force horizontale dirigée vers l’avant.
L’avion atteint alors une vitesse de 50 m.s-1 en 2,5 s.
Le référentiel est le porte-avion navigant à vitesse constante sur une trajectoire rectiligne.
Données : Poussée des moteurs d’un avion : T = 50.103 N
Masse d’un avion : m = 6500 kg. Longueur de la piste du porte-avion : L = 50 m
Intensité de pesanteur : g = 10 N.kg-1.
A. Le référentiel utilisé est un référentiel galiléen. Vrai.
Dans le référentiel terrestre galiléen, le porte-avion est animé d'un mouvement rectiligne uniforme.
B. L’accélération de l’avion vaut en bout de piste 20 m.s-2.Vrai.
a = Dv / Dt = 50 / 2,5 = 20 m.s-2.
C. La résultante des forces exercées sur l’avion a pour valeur 1,3.105 N. Vrai.
R = m a =6500 * 20 = 1,3 105 N.
D. La force F exercée par la catapulte a une intensité F = 8,0.104 N. Vrai.
Poussée du moteur + force exercée par la catapulte = 1,3 105 N.
F=1,3 105 - 50 103 = 8,0 104 N.
E. Le travail de la force F, supposée constante, le long de la piste vaut W= 3,2.106 J. Faux.
W = F L = 8,0 104 *50 =4,0 106 J.

Lois de Kepler.
Depuis le 3 mars 2004, la sonde Rosetta voyage dans l’espace pour s’approcher de la comète Tchouri à la vitesse moyenne de 60000 km/h. Le 4 août 2014, le robot Philae s’est séparé de Rosetta à 20 km de Tchouri. La descente de Philae vers la comète a duré 7 heures.
Dans cette mission, la première difficulté est, qu’à cette distance, les informations transmises, à la vitesse de la lumière, sont reçues environ 30 minutes plus tard par les scientifiques sur Terre. La seconde difficulté consiste à faire « atterrir » le robot sur la comète puisque l’attraction d’une masse de 100 kg par Tchouri est égale à l’attraction d’une masse de 1 g par la Terre.
Tchouri sera au plus près du Soleil sur sa trajectoire elliptique en août 2015, soit 189 millions de km, avant de s’éloigner du Soleil. La température sera si faible que Rosetta et Philae ne pourront continuer à fonctionner : ce sera la fin de leur mission.
D’après le blog de Libération {sciences }.
Données : Distance Terre-Soleil : 150.106 km
Vitesse de la lumière : c = 3,0.105 km.s-1.
Intensité de pesanteur terrestre : g = 10 N.kg-1.
Aide aux calculs : 365×24≈9.103.
A. La sonde Rosetta a parcouru moins de 30 fois la distance Terre Soleil. Faux.
Durée du voyage : environ  10 ans 5 mois soit environ 9,0 104 heures.
Distance (km) = vitesse ( km / h) fois durée (h) = 60000 *9,0 104 ~5,4 109 km.
ou 5,4 109 / (150 106) ~36 distance terre-soleil.
B. En considérant que Philae avait une vitesse constante lors de la descente, la vitesse du robot était inférieure à 1 m.s-1. Vrai.
20 103 /(7*3600)~0,8 m/s.
C. Au moment de la séparation, la sonde Rosetta, d’où partent les informations, se situe à une distance D de la Terre dont l’ordre de grandeur est 1011 m. Faux.
30 *60 = 1800 s ; 3,0 108 *1800 ~5,4 1011 m ; ordre de grandeur 1012 m.
D. L’attraction gravitationnelle de Tchouri est 105 fois plus faible que l’attraction terrestre. Vrai.
1 g divisé par 100 kg.
E. D’après les lois de Kepler, la vitesse de la comète Tchouri sur son orbite sera minimale en août 2015. Faux.
Lorsque la comète est au plus près du soleil, sa vitesse est maximale.
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Chute verticale.
Un joueur lance une bille métallique verticalement vers le haut. Les frottements dus à l’air sont négligés. L’axe vertical (Oz) est dirigé vers le haut. La date t = 0 est l’instant où la bille quitte la main du joueur. L’altitude z est alors égale à 0 et la vitesse initiale v0 = 5 m.s-1.
Données : Masse de la bille : m = 20 g. Champ de pesanteur : g = 10 m.s-2.
A. La bille est en chute libre. Vrai.
La bille soumise uniquement à son poids est en chute libre.
B. L’équation horaire du mouvement sur l’axe vertical s’écrit : z = -5t2 +5t +5. Faux.
z = -5t2 +5t, l'altitude initiale est nulle.
C. À la date t = 1 s, le joueur reçoit la bille dans la main toujours à l’altitude z = 0. Vrai.
z(t=1) =-5+5= 0.
D. Le travail du poids est toujours résistant. Faux.
Le travail du poids est résistant en montée et moteur en descente.
E. La conservation de l’énergie mécanique donne la relation suivante : v02 = 2gh avec h la distance parcourue par la balle entre la main du joueur et le sommet de la trajectoire. Vrai.
Energie mécanique initiale : ½mv02 ; énergie mécanique au sommet : mgh.
Conservation de l'énergie mécanique : ½mv02 = mgh.




Différentes formes d'énergie.
Données : Intensité de pesanteur : g = 10 N.kg-1.
Constante de Planck : h = 6,63. 10-34 J.s
A. L’énergie cinétique d’une voiture de masse m = 500 kg se déplaçant à la vitesse v =10 m.s-1 est Ec = 2,5.107 J. Faux.
½mv2 = 0,5 *500 *100 = 2,5 104 J.
B. L’énergie potentielle d’un oiseau de masse m=200 g volant à 150 m au dessus du sol, pris comme origine de l’axe vertical orienté vers le haut, est Ep = 300 J. Vrai.
mgh = 0,200 *10 *150 =3,0 102 J.
C. L’énergie mécanique d’une luge glissant à vitesse constante sur une piste enneigée se conserve tout au long du mouvement. Faux.
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle. L'énergie cinétique reste constante; en dexcente, l'énergie potentielle varie.
D. Pour une même transition entre deux niveaux d’énergie d’un atome, l’énergie absorbée est plus importante que l’énergie émise. Faux.
E. Une onde électromagnétique, de fréquence n, transporte des photons d’énergie E = h. n .Vrai.

Principe d'inertie et quantité de mouvement.
Deux chariots roulants, sans frottement, sur un rail horizontal sont reliés par un ressort et un fil. Le ressort est comprimé. Le fil est brûlé, le ressort se détend et les deux chariots se séparent. À l’aide d’une caméra, on enregistre une image toutes les 20 ms et on fait l’acquisition du mouvement du centre d’inertie de chaque chariot. L’acquisition est représentée ci-dessous :

A. Les chariots vérifient la première loi de Newton après la séparation. Vrai.
Les mouvements sont rectilignes uniformes : pour chaque chariot, les distances entre deux points consécutifs sont égales.
B. La masse du chariot n°2 est le double de la masse du chariot n°1. Faux.
La vitesse du mobile n°2 est deux fois plus grande que celle du mobile n°1.
Conservation du vecteur quantité de mouvement :

C. Si on augmente la masse du chariot n°1, la vitesse du chariot n°2 sera plus importante. Vrai.
Sur le même rail, on envoie deux autres chariots, l’un vers l’autre, pour créer un choc. Les chariots sont de même masse et sont équipés pour s’accrocher ensemble lors du choc. Le chariot n°1 se déplace de la gauche vers la droite à la vitesse v1 = 2 m.s-1 et le chariot n°2 de la droite vers la gauche à la vitesse v2 = 3 v1.
D. Après le choc, la vitesse du système constitué des deux chariots est nulle. Faux.
Sur un axe orienté de droite à gauche :

On reprend la même expérience avec deux autres vitesses : v2 = 5 v1= 2 m.s-1.
E. Après le choc, le système se déplace vers la gauche à la vitesse vfinale = 0,8 m.s-1. Vrai.
vfinale = 2 v1 = 4/5 = 0,8 m / s, dans le sens de v2.

Vecteur vitesse et mouvement.
On présente ci dessous les trajectoires, le vecteur-vitesse, le vecteur-accélération du centre d’inertie G d’une balle ou le vecteur représentant la résultante des forces exercées sur la balle en mouvement.

A. Le mouvement de la représentation n°1 est circulaire et uniforme. Faux.
L'accélération n'est pas centripète.
B. Le mouvement de la représentation n°2 est rectiligne et accéléré. Vrai.
Vecteurs vitesse et accélération sont colinéaires et de même sens.
C. La trajectoire de la situation n°3 ne peut pas être rectiligne. Vrai.
Vecteurs vitesse et somme des forces ne sont pas colinéaires.
D. Le vecteur-accélération du centre d’inertie de la balle est dirigé vers le haut lors de la montée dans la situation n°4. Faux.
Le vecteur accélération est colinéaire et de même sens que le vecteur somme des forces.
E. Au sommet de la trajectoire de la situation n°4, le vecteur-vitesse est un vecteur nul. Faux.
Seule la composante verticale de la vitesse est nulle.


  

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