GEIPI_PHYSIQUE_2008

8/7/2019 GEIPI_PHYSIQUE_2008

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ISAT ESIREM POLYTECHNice-Sophia POLYTECHOrlansEEIGM ENSGSI ESSTIN TELECOM Lille 1 ISEL

ISTIA ISTASE ISTV Sup GALILEE

NOM : PRENOM :

Centre dExamen :

N Inscription :

Epreuves de Mathmatiques et de Physique-ChimieMercredi 7 mai 20089 h - 12 h

SUJET DE PHYSIQUE-CHIMIE

Nous conseillons de rpartir quitablement les 3 heures dpreuves entre les sujetsde mathmatiques et de physique-chimie.

La dure conseille de ce sujet de physique-chimie est de 1 h 30.

Il est not sur 20 points.

Lusage dune calculatrice est autoris.

Tout change de calculatrices entre candidats, pour quelque raison que ce soit,est interdit.

Aucun document nest autoris.

Lusage du tlphone est interdit.

Cinq exercices indpendants sont proposs.Vous devez obligatoirement traiter le premier.Vous traiterez en outre trois des quatre autres exercices.

Si vous traitez les cinq exercices, seules seront retenues la note du premier(obligatoire) et les trois meilleures notes obtenues aux autres exercices.

Ne rien inscrireci-dessous

1

2

3

4

5

TOTAL

GROUPEMENT DCOLE DINGENIEURSPUBLIQUES PARCOURS INTGR


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EXERCICE I OBLIGATOIRERpondre, compter ou cocher la ou les rponses exactes

I-1. En octobre 2007, lacadmie des Nobel a dcern le prix de physique Albert Felt et Peter GrnbLeurs travaux ont mis en vidence le phnomne de magntorsistance gante.A quel champ disciplinaire de la physique cette tude fait-elle partie ?

astronomie nergtique nano sciences tude du climat physique nuclaire

Cette dcouverte trouva rapidement une application dans laugmentation importante de la capacit

de stockage des ______________________________.

I-2. Donnez la signification de lacronyme GPL.Quels sont les alcanes prsents majoritairement dans le GPL ?

GPL :

mthane propane et butane hexane octane dcane

I-3. Donnez la formule brute du bio thanol. Sa production est actuellement controverse.Donnez 2 arguments en faveur de son emploi et 2 arguments en sa dfaveur.

Formule :

CONTRE :

POUR :

I-4. Quel physicien a donn son nom aux lois rgissant le mouvement des plantes autour duSoleil ?

Nom :

I-5. Complter la phrase :

__________________ est la dure de 9 192 631 770 priodes de la radiation correspondant

la transition entre 2 niveaux hyperfins de ltat fondamental de latome de csium 133.

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EXERCICE II

Lcholocation est le dispositif quutilisent certains animaux pour dtecter leurs proies et se reprerdans leur milieu naturel lorsque la vue ne leur permet pas de le faire. Ces animaux mettent des salvesdultrasons et en reoivent lcho.Les microchiroptres ou chauves-souris mettent, suivant leur espce, des ondes de frquencecomprise entre30 et 120 kH z, elles sont produites par leur larynx qui module un puissant courantdair. La dure dmission est de lordre de1 5 ms , mais peut atteindre jusqu50 ms pour certainesespces. La frquence de rptition de lmission, de lordre de10 H z lors de la recherche de proie,peut aller jusqu60 H z en phase de chasse.II-1.1. Comment peut-on qualifier ces ondes ?La frquence dmission est propre chaque animal. Un grand rhinolophe met f = 83 kHz pendant36 ms .II-1.2. Calculer la priodeT . Combien de priodesn comporte la salve ?

Un animal dune autre espce, un murin, met, en vol stationnaire, f ' = 38 kHz pendantt = 3 ms .II-1.3. Combien de priodesn 'comporte la salve ?

Un cho de cette salve lui parvient = 20 ms aprs son mission.

II-1.4. quelle distanceD de la chauve-souris se trouve lobstacle ayant provoqu cet cho ?

On rappelle que la clrit des ultrasons dans lair estv0 = 340 ms -1

Lanimal se dirige alors vers lobstacle une vitesseV = 12 km /h tout en mettant une nouvelle salve.

II-1.5. Aprs combien de temps ' lcho parviendra-t-il lanimal si lobstacle est immobile ?

II-1.6. La longueur donde de lmission est proportionne la taille des proies. Si on admet que pourtre dtecte, une proie doit tre 3 fois plus grande que la longueur donde utilise, valuer la tailleminimale des proies du grand rhinolophe,arhino et celle des proies du murin,amurin .

Certains mammifres aquatiques, comme les orques et les dauphins utilisent aussi le dispositif

dcholocation. Les orques mettent 20 kHz des salves de200 s de dure.

A la profondeur o les orques nagent, la clrit des ultrasons dans leau saline est de1 500 m s -1.II-2.1. Combien de priodesm comporte chaque salve ?II-2.2. Si on prend toujours comme critre que pour tre dtecte, une proie doit tre 3 fois plusgrande que la longueur donde utilise, valuer la taille minimaleaorque des proies de cet animal.

Chauves-souris et mammifres marins mettent aussi des sons perceptibles par lhomme. Ces cris servent la communication sociale.

II-3.1. A quelle gamme de frquence appartiennent-ils ?

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II-3.2. Un son de frquence8 kH z a une longueur dondeair = 4,25 cm lorsquil se propage danslair, et une longueur dondeeau = 18,75 cm lorsquil se propage dans leau saline. Dterminer la

clrit du son dans chacun de ces milieux. Quelle proprit des milieux est mise en vidence lorsquelon compare les valeurs trouves celles de la clrit des ultrasons dans lair et leau de mer ?

REPONSES A LEXERCICE II

II-1.1. progressives transversales mcaniques priodiques

stationnaires longitudinales (Cocher la ou les rponses exactes )

II-1.2. PriodeT = Nombre de priodes n =

II-1.3. Nombre de priodesn ' :Expression littralen '= Application numriquen '=

II-1.4. DistanceD : Expression littraleD = Application numrique D =

II-1.5. Temps ' :Expression littrale ' = Application numrique '=

II-1.6. Taille des proies : Expression littralearhino = Application numriquearhino =

Expression littraleamurin = Application numriqueamurin =

II-2.1. Nombre de priodesm =

II-2.2. Taille des proiesaorque =

II-3.1. Frquence minimale : Frquence maximale :

II-3.2. Clrit du son dans lair :vair =

Clrit du son dans leau :veau =

Proprit :

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EXERCICE III

En milieu acide, le peroxyde dhydrogne ragit avec les ions iodure. Ltude exprimentale montreque la raction est totale, lente, et permet dobtenir une mole de diiode (I2) par mole de peroxydedhydrogne consomme.III-1. Ecrire pour chacun des couples (H2O2/H2O) et (I2/I-) la demi-quation doxydorductionassocie.On se propose dtudier la cintique de cette raction. Pour ce faire, on mlange linstant initial lessolutions suivantes :

- 50mL diodure de potassium de concentration 0,02 mol.L-1 - 100mL dacide sulfurique (H2SO4) de concentration 0,05 mol.L-1 - 50mL de peroxyde dhydrogne de concentration 0,02 mol.L-1

III-2. Ecrire lquation-bilan de la raction du peroxyde dhydrogne sur liodure de potassium.III-3. Dans cette raction, quelle est lespce chimique oxydante ? Lespce rductrice ?III-4. Calculer la quantit minimale de peroxyde dhydrogne ncessaire pour oxyder tout liodure.Quel est le ractif limitant ?

La spectroscopie visible permet de suivre lvolution de la raction, le diiode tant la seule espceabsorbante, ce qui permet dtablir la variation de [I2] en fonction du temps :

[I 2] = f(t)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100t en minutes

[I 2] en mmol /L

IIIII-5. A partir des donnes, dterminer la vitesse volumique initiale :vo .III-6. Calculer lavancement maximal de cette raction :xmax .III-7. Dterminer le temps de demi-raction :t1/2 . III-8. Sachant que le diiode apparat jaune-orang, choisir parmi les longueurs donde celle qui est lamieux adapte la mesure de sa concentration par spectrophotomtrie visible.


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REPONSES A LEXERCICE III

III-1. Demi raction (H2O2/H2O) :

Demi raction(I2/I-) :

III-2. Equation-bilan :

III-3. Oxydant :

Rducteur:

III-4. n (H 2O 2) = Ractif limitant :

III-5. Vitesse volumique initiale :vo =

III-6. Avancementxmax =

III-7. Temps de demi-raction :t1/2 =

III-8. 5560nm 212nm 32nm 796nm 415nm (Cocher la rponse exacte)

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EXERCICE IV

Dans le problme suivant, on veut tudier laction dune inductance sur la forme de lintensit.

L

e (t) u R R

u L

i (t)

E = 50 V

e (t)

t

0

IV-1. Ecrire lquation diffrentielle de variable i (t) caractrisant le circuit ci-dessus.Lquation donnant lintensit durant la charge est : i (t) = A + B exp (- t / ) IV-2. Donner les expressions deA, B et en fonction deE, R et L . IV-3. A partir de lenregistrement i (t) ci-dessous, trouver les valeurs deA, B et .

En dduireR et L .

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

t (en s)

i (en A)

On remplace la tensione (t) par la tensione1 (t).

E = 50 V

e1

(t)

t

0 2 3

IV-4. Tracer lallure de lvolution dei (t) entre0 et 1 sIV-5. On considre lvolution dei (t) pour 0 < t . Calculer la valeur de i ( ).IV-6. On considre maintenant lvolution dei (t) pour < t 2 .On pose t' = t - . Lquation donnant lintensit durant la dcharge est : i (t' ) = A ' + B ' exp (- t' / ). DterminerA ' et B '. En dduire la valeur de i (t = 2 ). IV-7. On considre maintenant lvolution dei (t) pour 2 < t 3 . Calculer la valeur de i (t =3 ).


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REPONSES A LEXERCICE IV

IV-1. Equation diffrentielle :

IV-2. Expressions littrales :A = B = =

IV-3. Applications numriquesA = B = =

R = L =

IV-4.

0

0,5

1

1,52

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

t (en s)

i (en A)

IV-5. Expression littrale : Application numrique :i ( ) = i ( ) =

IV-6. A' = B' =

Expression littrale : Application numrique :i (2 )= i (2 ) =

IV-7. Expression littrale : Application numrique :i (3 ) = i (3 ) =

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EXERCICE V

On se propose d'tudier le mouvement de la Lune autour de la Terre. Dans ce cadre, seul le systmeTerre-Lune en interaction seule est considr. L'influence des autres astres n'est donc pas prise encompte. La Terre et la Lune sont assimiles deux points matrielsT et L de masses respectivesmT etmL. La distance entre ces deux points est noted TL . On noteu

r le vecteur unitaire port par la droitepassant par les deux pointsT et L (voir figure 1). On ne tient pas compte de la rotation de la Terre surelle mme et on nglige tous les frottements. Enfin, on noteG la constante de l'attraction universelle.

L

ur

Td TL

Figure 1 : Schma du systme Terre-Lune

V-1. Calculer la distanceTC entre le centre de la TerreT et le centre d'inertieC du systme Terre-

Lune. V-2. Quelle est la nature exacte de la trajectoire de la Lune autour de la Terre ?

Dans la suite du problme, on admet pour simplifier les calculs, que le mouvement de la Lune autourde la Terre est circulaire uniforme.

V-3. Quelle est la nature de la forceFr

qui s'exerce sur la Lune ?V-4. PlacerF

r

sur le schma 1. Donner lexpression et calculer son intensitF .V-5. Quelle est l'unit de la constante de l'attraction universelle ?V-6. Donner l'expression vectorielle du vecteur acclration de la LuneLa

v en fonction deur , du

module de sa vitessevL et de la distanced TL .V-7. En appliquant le principe fondamental de la dynamique, donner une seconde expression pource mme vecteur acclration.V-8. Tracer sur le schma 1 la vitesseLv

r de la Lune. Exprimer puis calculer son modulevL.Quelle est la priode de rotationT r de la lune autour de la Terre. Donner sa valeur en jours (J ), heures(h), minutes (mn ) et secondes (s).

Donnes mT = 5,980.1024 kg mL = 8,1.10 22 kg

R T = 6 370 km R L = 1 723 km d TL = 387 200 km G = 6,67.10 -11 SI


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REPONSES A LEXERCICE V

V-1. Position deC :Expression littrale : Application numriqueTC = TC =

V-2. Nature de la trajectoire :

V-3. Nature de la forceFr

:

V-4. IntensitF : Expression littrale : F = Application numrique :F =

Schma 1 :

V-5. Unit deG

:

V-6. 1ere expression de = Lav

V-7. 2e expression de = Lav

V-8. VitessevL : Expression littrale :vL = Application numrique :vL =

PriodeT r :

Expression littrale : T r = Application numrique :T r =

L

ur

T

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