Interrogation de TP physique : Mécanique-Électricité Mai 2019

6
1 Nom : Prénom : Matricule : 1) 2) 3) Entourez votre section : Bio - Biomed - Pharma Entourez votre groupe en physique : BM1 – BM2 – BM3 – P1+P4 – P2+P3 – BioA – BioB – Dispensés Labo Interrogation de TP physique : Mécanique-Électricité – UMONS – Mai 2019 Consignes : - Ne détachez pas les feuilles. - Répondez uniquement dans les cadres prévus. Ceux-ci vous indiquent la taille maximale de votre réponse. - Justifiez toutes vos réponses. - Indiquez votre nom sur les feuilles de brouillon. Question 1 (12 points) Lors d’une manipulation de mécanique, vous avez utilisé un dispositif tel que schématisé ci-dessous. a) Quelles sont les forces qui agissent sur le chariot de masse m = 100 g ? En supposant que g = 9,81 m/s², que doit valoir théoriquement la force résultante ? Faites un schéma sur votre feuille de réponse. b) A partir du graphique annexé de la vitesse du chariot en fonction du temps, déterminez l’accélération de pesanteur terrestre et son erreur. On considère 0,1 cm h , 0,5 cm L , 2 cm/s v et 0 s t . Cette valeur expérimentale est-elle compatible avec la valeur théorique ? a) Le chariot subit deux forces : son poids P et la réaction du rail R . (On néglige les forces de frottement vu qu’on travaille avec l’air-track). Le poids P est décomposé en une composante normale cos N mg et une composante tangentielle sin T mg . La réaction du rail R équilibre la composante normale N . La résultante des deux forces agissant sur le chariot est donc la composante tangentielle du poids 0,03 sin 0,1.9,81. 0,023 N 1,27 h T mg mg L b) L’accélération du chariot est donnée par la pente de la droite : 2 2 1 2 1 68,75 1,25 23,3 cm/s 2,9 0 v v a t t

Transcript of Interrogation de TP physique : Mécanique-Électricité Mai 2019

1

Nom : Prénom : Matricule :

1) 2) 3)

Entourez votre section :

Bio - Biomed - Pharma

Entourez votre groupe en physique :

BM1 – BM2 – BM3 – P1+P4 – P2+P3 – BioA – BioB – Dispensés Labo

Interrogation de TP physique : Mécanique-Électricité – UMONS – Mai 2019

Consignes : - Ne détachez pas les feuilles. - Répondez uniquement dans les cadres prévus. Ceux-ci vous indiquent la taille

maximale de votre réponse. - Justifiez toutes vos réponses. - Indiquez votre nom sur les feuilles de brouillon.

Question 1 (12 points)

Lors d’une manipulation de mécanique, vous avez utilisé un dispositif tel que schématisé ci-dessous.

a) Quelles sont les forces qui agissent sur le chariot de masse m = 100 g ? En supposant que g = 9,81 m/s², que

doit valoir théoriquement la force résultante ? Faites un schéma sur votre feuille de réponse.

b) A partir du graphique annexé de la vitesse du chariot en fonction du temps, déterminez l’accélération de

pesanteur terrestre et son erreur. On considère 0 , 1 c mh

, 0 , 5 c mL

, 2 c m /sv

et 0 st

. Cette

valeur expérimentale est-elle compatible avec la valeur théorique ?

a) Le chariot subit deux forces : son poids P et la réaction du rail R . (On néglige les forces de frottement vu qu’on travaille avec l’air-track).

Le poids P est décomposé en une composante

normale c o sN m g et une composante

tangentielle s i nT m g . La réaction du rail R

équilibre la composante normale N . La résultante des deux forces agissant sur le chariot est donc la composante tangentielle du poids

0 , 0 3s in 0 , 1 . 9 , 8 1 . 0 , 0 2 3 N

1, 2 7

hT m g m g

L

b) L’accélération du chariot est donnée par la pente de la droite :

22 1

2 1

6 8 , 7 5 1, 2 52 3 , 3 c m / s

2 , 9 0

v va

t t

2

1 2

2 1 2 1

1, 3 8 c m / sv v

a

t t t t

2

s in 9 8 5 c m /s

s in

a a La g g

h

2 2

29 5 , 2 c m /s 1 0 0 c m /s

g a L h

L a a L

h h h

La valeur théorique de l’accélération gravitationnelle g est 981 cm/s2. La valeur expérimentale est donc bien compatible avec la valeur théorique puisque son intervalle expérimental contient la valeur théorique.

3

4

Question 2 (14 points)

On couple deux oscillateurs de la manière suivante (les constantes de rappels des ressorts correspondants sont notées

sur le schéma) :

L’ensemble est dans le mode symétrique et chacun des chariots a été déplacé d’une distance x par rapport à sa position

d’équilibre.

(a) Indiquez sur le schéma toutes les forces horizontales (ainsi que leur sens et leur intensité en fonction des

constantes de rappel et de x) que subit l’oscillateur de droite.

(b) Sachant que chaque chariot a une masse m, démontrez, à partir de ces forces, la formule de la période du

mode symétrique.

(c) Il faut 20 secondes pour que 10 oscillations (aller-retours) soient effectuées. Sachant que k0 = 1 N/m,

k’0 = 2 N/m, calculez la masse m d’un chariot.

(a) Le chariot de droite subit deux forces dirigées vers la gauche : une égale à 2xk0 et l’autre égale à xk’0.

(b) La force totale est donnée par F = – 2xk0 – xk’0 = - (2k0 + k’0) x. Tout se passe comme s’il y avait un seul ressort

de constante de rappel égal à 2k0+k’0. La période est donc égale à 0 0

2

2 '

mT

k k

.

(c) La période est donc de 20 secondes / 10 oscillations = 2 secondes. Si on isole m de cette formule, on a 2

0 02( 2 ' ) 0 , 4 0 5 k g

4

Tm k k

.

5

Question 3 (14 points)

On réalise le circuit suivant :

a) On souhaite mesurer le courant iX circulant dans la résistance inconnue RX. Où placer l’ampèremètre ? Dessinez-le sur le circuit.

b) Vrai ou faux ? ◦ Ce courant iX est toujours égal au courant ITOT circulant dans le circuit ? ◦ Ce courant iX est toujours égal au courant traversant la résistance R1 ?

c) L’ampèremètre indique 10 mA. La résistance interne de l’ampèremètre est de 3 Ω. À partir des lois de

Kirchhoff et de la loi d’Ohm, calculez la résistance inconnue RX.

a)

b) Faux et faux.

c) Par la loi des mailles : E – VX – VA = 0 Avec la loi d’Ohm : E – RX IX – RiA IA = 0 Or parce qu’il n’y a pas de nœud entre RX et l’ampèremètre on a que IX = IA = I.

A

6

Donc, 𝑅𝑋 =𝐸

𝐼− 𝑅𝑖𝐴 =

9

10×10−3 − 3 = 897 𝛺