CLASSE : Terminale C Anne scolaire 2008/2009 TRAVAUX DIRIGES DE
PHYSIQUES : LOI DE LAPLACE
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EXERCICE 1 Une tige de cuivre OA homogne de masse m = 8,3 g et
de longueur L= 30 cm, peut se mouvoir dans un plan vertical autour
de l'axe () perpendiculaire au plan de la figure et passant par O.
L'extrmit plonge dans une cuve mercure qui assure le contact
lectrique avec le reste du circuit. Sur une hauteur H = 3 cm, la
partie centrale de la tige est plonge dans un champ magntique
uniforme B, parallle () et pointant vers le haut. Voir figure. 1.
Que se passe-t-il lorsque l'interrupteur K est
ouvert? 2. Que se passe-t-il lorsque l'interrupteur K est
ferm? 3. Lorsque = 10A, la tige dvie de l'angle
= 5 et reste en quilibre. 3.1 Faire un schma.
3.2 Dterminer en appliquant le thorme, des moments, la valeur de
B. EXERCICE 2 Une barre de cuivre MN, homogne, de masse m et de
longueur , peut glisser sans frottement sur deux rails mtalliques
aa et bb contenus dans un plan (P) inclin dun angle sur le plan
horizontal. Les extrmits suprieures des rails sont relies un
gnrateur qui dbite un courant continu dintensit I, que lon peut
faire varier.
La barre MN est perpendiculaire aux rails. Dans lespace o peut
se dplacer la barre rgne un champ magntique uniforme B orthogonal
au plan (P), et dirig vers le haut. 1. Donner les caractristiques
de la force
lectromagntique F qui sexerce sur la tige MN.
2. Calculer la valeur quil faut donner lintensit I du courant
pour que la barre soit en quilibre. On donne : m = 0,20 kg ; = 0,20
m ; g = 10 m.s-2 ; = 14 ; B = 0,50T
3. Lintensit du curant garde la valeur trouve prcdemment. Le
champ magntique est cette fois perpendiculaire au plan horizontal
en tant toujours dirig vers le haut et en gardant la mme valeur
3.1 Donner les caractristiques de la force lectromagntique F qui
sexerce sur MN. 3.2 Quelle valeur faut-il donner langle pour que la
barre soit toujours en quilibre ? 4. On garde les mmes conditions
que la
question 3. 4.1 Comment doit-on choisir langle dinclinaison des
rails par rapport pour que la tige descende, en glissant sans
frottement, sur les rails 4.2 Quelle est alors la nature de ce
mouvement ?
B
A
H
K
L
O
Mercure
A
M
N
I P
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EXERCICE 3 On ngligera le champ magntique terrestre. Un cadre
rectangulaire CDEF indformable, comportant N = 100 spires, est
suspendu un dynamomtre (voir figure). Il se trouve partiellement
plong dans un champ magntique uniforme B qui restera
perpendiculaire au plan vertical du cadre. On admet que le champ
est limit par le rectangle MNPQ comme lindique le schma. Les brins
horizontaux CF et DE ont une longueur = 5 cm. Lorsquon tablit un
courant dintensit constante I = 0,5 A, lensemble prend une position
dquilibre et lindication du dynamomtre augmente de 0,5 N. On
supposera que les fils destins amener le courant ne perturbent pas
lquilibre du cadre dont le plan reste fixe. 1. Montrer que, quels
que soient le sens
courant et celui du champ magntique, les forces sexerant sur les
brins verticaux du cadre nont aucune action sur son quilibre.
2. Caractriser le vecteur champ magntique B (sens et intensit),
le courant circulant dans le conducteur DE et D vers E
3. Que se passe-t-il si le cadre est entirement plong dans le
champ magntique B et si on maintient le courant prcdent ?
EXERCICE 4 Lextrmit infrieure dune roue de Barlow, parcourue par
un courant dintensit I= 5A, est place dans lentrefer dun aimant en
U crant un champ magntique uniforme B= 0,2T horizontal, orthogonal
au plan de la roue. Hauteur de lentrefer : h= 2 cm. Cette roue
effectue 180 tours par minute et le milieu du segment soumis
laction du champ magntique est situ la distance OM= 15 cm de laxe
de rotation. 1. Refaire la figure en indiquant, de manire
prcise, la direction et le sens de la force magntique ainsi que
le sens de rotation de la roue.
2. Calculer la valeur de lintensit de la force magntique qui
fait tourner la roue.
3. Calculer le travail de cette force en un tour de roue.
4. Calculer la puissance mcanique du moteur ainsi constitu. On
suppose que le courant est toujours localis dans le rayon
vertical.
B
N
C F
M
E F
P Q
O
M B A
h
