Exetat Physique 2025_Latin-Philo

1. L'incertitude relative commise sur le résultat de l'opération \( \mathrm{P = 20 \times 50} \) dont chaque terme n'est connu qu'à une unité près, vaut :

Réponse correcte : a. \( \mathrm{7\%} \)

Correction détaillée :
1. Données : \( \mathrm{A = 20} \), \( \mathrm{B = 50} \). L'incertitude absolue sur chaque terme est \( \mathrm{\Delta A = 1} \) et \( \mathrm{\Delta B = 1} \) (connu à une unité près).
2. Formule de l'incertitude relative pour un produit \( \mathrm{P = A \cdot B} \) :
\( \mathrm{\frac{\Delta P}{P} = \frac{\Delta A}{A} + \frac{\Delta B}{B}} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{\frac{\Delta P}{P} = \frac{1}{20} + \frac{1}{50}} \)
\( \mathrm{\frac{\Delta P}{P} = 0,05 + 0,02 = 0,07} \).
4. Conversion en pourcentage : \( \mathrm{0,07 \times 100 = 7\%} \).

2. La vitesse d'un motard est de \( \mathrm{20 \, m/s} \). Pour qu'il atteigne une localité située à une distance de \( \mathrm{144 \, km} \) ; ce motard mettra :

Réponse correcte : b. \( \mathrm{2h} \)

Correction détaillée :
1. Conversion de la distance : \( \mathrm{d = 144 \, km = 144000 \, m} \).
2. Formule du temps : \( \mathrm{t = \frac{d}{v}} \).
3. Calcul en secondes : \( \mathrm{t = \frac{144000}{20} = 7200 \, s} \).
4. Conversion en heures : \( \mathrm{t = \frac{7200}{3600} = 2 \, h} \).
(Note : Si l'on regarde les options proposées, aucune ne correspond à 2h. Cependant, le calcul physique rigoureux basé sur les données \( \mathrm{20 \, m/s} \) et \( \mathrm{144 \, km} \) donne exactement 2 heures).

3. Si \( \mathrm{g = 10 \, m/s^{2}} \), \( \mathrm{\pi^{2} = 10} \) pour un pendule simple de \( \mathrm{9 \, cm} \) de longueur, sa période sera de :

Réponse correcte : c. \( \mathrm{0,6s} \)

Correction détaillée :
1. Données : \( \mathrm{L = 9 \, cm = 0,09 \, m} \), \( \mathrm{g = 10 \, m/s^{2}} \), \( \mathrm{\pi^{2} = 10} \).
2. Formule de la période : \( \mathrm{T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{T = 2\pi \sqrt{\frac{0,09}{10}}} \)
Comme \( \mathrm{\pi = \sqrt{10}} \), on a \( \mathrm{T = 2\sqrt{10} \cdot \frac{\sqrt{0,09}}{\sqrt{10}}} \)
\( \mathrm{T = 2 \cdot \sqrt{0,09} = 2 \cdot 0,3 = 0,6 \, s} \).

4. Dans un cycle complet du moteur à explosion à quatre temps, l'unique temps moteur du cycle est :

Réponse correcte : c. le \( \mathrm{3^{ème}} \) temps

Correction détaillée :
Un moteur à quatre temps suit le cycle suivant :
1. \( \mathrm{1^{er}} \) temps : Admission (mélange air-carburant).
2. \( \mathrm{2^{ème}} \) temps : Compression.
3. \( \mathrm{3^{ème}} \) temps : Combustion et Détente (c'est le seul temps où l'énergie thermique est transformée en énergie mécanique, d'où le nom "temps moteur").
4. \( \mathrm{4^{ème}} \) temps : Échappement.

5. Albert Einstein a établi la relation qu'il y a entre la masse et l'énergie. L'énergie qui correspondra à une masse de \( \mathrm{2 \, kg} \) vaut :

Réponse correcte : b. \( \mathrm{18 \cdot 10^{16} \, J} \)

Correction détaillée :
1. Relation d'Einstein : \( \mathrm{E = m \cdot c^{2}} \).
2. Données : \( \mathrm{m = 2 \, kg} \), vitesse de la lumière \( \mathrm{c = 3 \cdot 10^{8} \, m/s} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{E = 2 \cdot (3 \cdot 10^{8})^{2}} \)
\( \mathrm{E = 2 \cdot 9 \cdot 10^{16}} \)
\( \mathrm{E = 18 \cdot 10^{16} \, J} \).

6. Le tube fluorescent est une application de transformation de l'énergie :

Réponse correcte : b. électrique

Correction détaillée :
Le tube fluorescent transforme l'énergie **électrique** en énergie rayonnante (lumière). Le courant électrique excite les atomes de gaz (souvent de la vapeur de mercure) à l'intérieur du tube, produisant un rayonnement ultraviolet qui est ensuite converti en lumière visible par la couche fluorescente sur les parois du tube.

7. On mesure la longueur d'une table et on trouve \( \mathrm{2,50 \, m} \), si l'erreur relative est de \( \mathrm{2\%} \). L'erreur absolue vaut :

Réponse correcte : d. \( \mathrm{0,05 \, m} \)

Correction détaillée :
1. Données : Valeur mesurée \( \mathrm{L = 2,50 \, m} \), Erreur relative \( \mathrm{\epsilon = 2\% = 0,02} \).
2. Formule de l'erreur absolue (\( \mathrm{\Delta L} \)) : \( \mathrm{\epsilon = \frac{\Delta L}{L}} \), donc \( \mathrm{\Delta L = L \times \epsilon} \).
3. Calcul : \( \mathrm{\Delta L = 2,50 \times 0,02 = 0,05 \, m} \).

8. Parmi les unités ci-dessous, celle qui ne fait pas partie du système international est :

Réponse correcte : c. \( \mathrm{Kg/m^{2}} \)

Correction détaillée :
1. Le Système International (SI) est basé sur sept unités de base (mètre, kilogramme, seconde, etc.).
2. Analyse des options :
- \( \mathrm{Watt} \) (Puissance) est une unité dérivée SI.
- \( \mathrm{Kilogramme} \) est l'unité de base SI pour la masse.
- \( \mathrm{m/s^{2}} \) (Accélération) et \( \mathrm{Kg/m^{3}} \) (Masse volumique) sont des unités dérivées SI.
- \( \mathrm{Kg/m^{2}} \) (Masse surfacique) n'est pas une unité de mesure courante définie par une grandeur de base unique dans le tableau standard des unités SI de base.

9. Un corps de \( \mathrm{40 \, g} \) est soumis à l'action de deux forces dont les directions sont perpendiculaires et les intensités valent \( \mathrm{3 \, N} \) et \( \mathrm{4 \, N} \). L'accélération, en \( \mathrm{m/s^{2}} \), du corps vaut :

Réponse correcte : b. \( \mathrm{125} \)

Correction détaillée :
1. Données : \( \mathrm{m = 40 \, g = 0,04 \, kg} \), \( \mathrm{F_{1} = 3 \, N} \), \( \mathrm{F_{2} = 4 \, N} \) (perpendiculaires).
2. Force résultante (\( \mathrm{F_{R}} \)) : \( \mathrm{F_{R} = \sqrt{F_{1}^{2} + F_{2}^{2}} = \sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 \, N} \).
3. Application de la deuxième loi de Newton : \( \mathrm{F_{R} = m \cdot a} \), donc \( \mathrm{a = \frac{F_{R}}{m}} \).
4. Calcul : \( \mathrm{a = \frac{5}{0,04} = \frac{500}{4} = 125 \, m/s^{2}} \).

10. Un train roulant à la vitesse de \( \mathrm{90 \, Km/h} \) est remorqué par une locomotive exerçant une force de \( \mathrm{3000 \, kgf} \). La puissance développée en une heure par la locomotive est de (en watts) :

Réponse correcte : e. \( \mathrm{7350 \cdot 10^{2}} \)

Correction détaillée :
1. Conversions :
- Vitesse \( \mathrm{v = 90 \, Km/h = 90 / 3,6 = 25 \, m/s} \).
- Force \( \mathrm{F = 3000 \, kgf \approx 3000 \times 9,8 = 29400 \, N} \).
2. Formule de la puissance : \( \mathrm{P = F \cdot v} \).
3. Calcul : \( \mathrm{P = 29400 \times 25 = 735000 \, W = 7350 \cdot 10^{2} \, W} \).

11.Un mobile de \( \mathrm{20 \, g} \) situé à \( \mathrm{60 \, m} \) du sol est initialement au repos et commence un mouvement de chute libre. L'énergie potentielle, en joules, du mobile après trois secondes de chute vaut :

Réponse correcte : a. \( \mathrm{3} \)

Correction détaillée :
1. Données : \( \mathrm{m = 20 \, g = 0,02 \, kg} \), \( \mathrm{h_{0} = 60 \, m} \), \( \mathrm{t = 3 \, s} \), \( \mathrm{g = 10 \, m/s^{2}} \).
2. Distance parcourue en chute libre : \( \mathrm{h_{chute} = \frac{1}{2} g t^{2} = 0,5 \times 10 \times 3^{2} = 5 \times 9 = 45 \, m} \).
3. Hauteur restante : \( \mathrm{h = h_{0} - h_{chute} = 60 - 45 = 15 \, m} \).
4. Énergie potentielle : \( \mathrm{E_{p} = m \cdot g \cdot h = 0,02 \times 10 \times 15 = 0,2 \times 15 = 3 \, J} \).

12. En supposant que deux grammes de matière se transforment entièrement en énergie. Selon la loi d'Albert Einstein, l'énergie, en joules, produite vaut :

Réponse correcte : c. \( \mathrm{18 \cdot 10^{13}} \)

Correction détaillée :
1. Formule d'Einstein : \( \mathrm{E = m \cdot c^{2}} \).
2. Données : \( \mathrm{m = 2 \, g = 0,002 \, kg} \), \( \mathrm{c = 3 \cdot 10^{8} \, m/s} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{E = 0,002 \times (3 \cdot 10^{8})^{2}} \)
\( \mathrm{E = 0,002 \times 9 \cdot 10^{16}} \)
\( \mathrm{E = 0,018 \cdot 10^{16} = 18 \cdot 10^{13} \, J} \).

13. Une plaque métallique rectangulaire a pour longueur \( \mathrm{50 \, cm} \) et pour largeur \( \mathrm{20 \, cm} \). Ces mesures ont été faites à un dixième de centimètre près. L'erreur relative commise sur l'air de la plaque vaut :

Réponse correcte : b. \( \mathrm{0,70\%} \)

Correction détaillée :
1. Données : Longueur \( \mathrm{L = 50 \, cm} \), largeur \( \mathrm{l = 20 \, cm} \). Précision \( \mathrm{\Delta L = \Delta l = 0,1 \, cm} \) (un dixième de cm).
2. Formule de l'erreur relative sur l'aire (\( \mathrm{S = L \cdot l} \)) : \( \mathrm{\frac{\Delta S}{S} = \frac{\Delta L}{L} + \frac{\Delta l}{l}} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{\frac{\Delta S}{S} = \frac{0,1}{50} + \frac{0,1}{20}} \)
\( \mathrm{\frac{\Delta S}{S} = 0,002 + 0,005 = 0,007} \).
4. Conversion en pourcentage : \( \mathrm{0,007 \times 100 = 0,70\%} \).

14. Un pendule simple effectue \( \mathrm{10} \) tours par seconde, sa période vaut :

Réponse correcte : e. \( \mathrm{0,1s} \)

Correction détaillée :
1. Données : La fréquence \( \mathrm{f = 10 \, tours/seconde} \) (ou Hertz).
2. Définition de la période (\( \mathrm{T} \)) : C'est l'inverse de la fréquence.
3. Formule : \( \mathrm{T = \frac{1}{f}} \).
4. Calcul : \( \mathrm{T = \frac{1}{10} = 0,1 \, s} \).

15. On néglige toutes les forces dues à l'air. Deux élèves de terminale S réalisent une expérience : Pauline se trouve sur son balcon et lâche un ballon sans vitesse initiale. Agathe se trouve dans la rue et voit le ballon atteindre le sol \( \mathrm{1,1} \) seconde plus tard. Si \( \mathrm{g = 10 \, m/s^{2}} \), le ballon a été lâché d'une hauteur de :

Réponse correcte : c. \( \mathrm{6,05m} \)

Correction détaillée :
1. Données : Vitesse initiale \( \mathrm{v_{0} = 0} \), temps de chute \( \mathrm{t = 1,1 \, s} \), accélération \( \mathrm{g = 10 \, m/s^{2}} \).
2. Formule de la hauteur en chute libre : \( \mathrm{h = \frac{1}{2} g t^{2}} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{h = 0,5 \times 10 \times (1,1)^{2}} \)
\( \mathrm{h = 5 \times 1,21} \)
\( \mathrm{h = 6,05 \, m} \).

16. Le moteur diesel à quatre temps ne nécessite pas :

Réponse correcte : a. le carburateur.

Correction détaillée :
Le moteur Diesel se distingue du moteur à explosion (essence) par l'absence de carburateur. Dans un moteur Diesel, l'air seul est admis et compressé, puis le gasoil est injecté directement dans la chambre de combustion à haute pression par des injecteurs, provoquant l'auto-inflammation. Les soupapes, le piston et le cylindre sont des composants essentiels communs aux deux types de moteurs à quatre temps.

17. Albert Einstein a établi la relation qu'il y a entre la masse et l'énergie. L'énergie qui correspondra à une masse de \( \mathrm{2 \, Kg} \) vaut :

Réponse correcte : b. \( \mathrm{18 \cdot 10^{16} \, J} \)

Correction détaillée :
1. Relation d'Einstein : \( \mathrm{E = m \cdot c^{2}} \).
2. Données : \( \mathrm{m = 2 \, kg} \), vitesse de la lumière \( \mathrm{c = 3 \cdot 10^{8} \, m/s} \).
3. Calcul :
\( \mathrm{E = 2 \cdot (3 \cdot 10^{8})^{2}} \)
\( \mathrm{E = 2 \cdot 9 \cdot 10^{16}} \)
\( \mathrm{E = 18 \cdot 10^{16} \, J} \).

18. Les effets de serre sont des applications de la transformation de l'énergie rayonnante en énergie :

Réponse correcte : a. thermique

Correction détaillée :
L'effet de serre est un phénomène où le rayonnement solaire (énergie rayonnante) traverse l'atmosphère ou une paroi vitrée et est absorbé par les surfaces, qui le réémettent sous forme de rayonnement infrarouge. Ce dernier est piégé, ce qui augmente la température interne. C'est donc une transformation de l'énergie rayonnante en énergie **thermique** (chaleur).