Olympiade internationale de physique · Année 2009
Problèmes
- Problème 1Un corps de masse m se déplaçant en ligne droite à la vitesse u reste attaché après avoir heurté un corps de masse M au repos sur un plan horizontal lisse. Ils avancent ensemble; le choc est bref et l’impulsion extérieure horizontale est négligeable. (a) Déterminer la vitesse commune v par conservation de la quantité de mouvement. (b) Calculer les énergies cinétiques avant et après et l’énergie mécanique convertie. (c) Exprimer la perte en fraction de l’énergie initiale et discuter M≫m et M→0. Utiliser les unités SI et les modèles idéaux indiqués. Préciser les conventions de signe dans les équations et conserver les unités dans les résultats.Solutions: 1
- Problème 2Un condensateur plan de capacité initiale C est chargé sous V₀ puis entièrement déconnecté de la source et des fils. Un diélectrique linéaire de permittivité relative κ>1 remplit l’espace; négliger les effets de bord et supposer les plaques immobiles. (a) Déterminer la charge initiale Q₀ conservée pendant l’insertion. (b) Calculer capacité finale et tension V_f. (c) Comparer les énergies initiale et finale et préciser le travail de l’agent extérieur lors d’une insertion lente. Utiliser les unités SI et les modèles idéaux indiqués. Préciser les conventions de signe dans les équations et conserver les unités dans les résultats.Solutions: 1
- Problème 3Une lumière monochromatique de fréquence f éclaire un métal de travail d’extraction W. Dans le modèle d’Einstein, chaque électron absorbe un photon d’énergie hf; on mesure l’énergie cinétique maximale K_max des électrons émis, sans pertes internes. (a) Écrire le bilan d’énergie d’un électron émis. (b) Déterminer K_max, la fréquence seuil f₀ et la condition d’émission. (c) Donner le potentiel d’arrêt V_s et expliquer l’effet d’une hausse d’intensité à fréquence fixe au-dessus du seuil. Utiliser les unités SI et les modèles idéaux indiqués. Préciser les conventions de signe dans les équations et conserver les unités dans les résultats.Solutions: 1