Physic Labs

Olympiade internationale de physique · Année 2013

Problèmes

  1. Problème 1Dans un récipient isolé, on mélange mh=0.30 kgm_h=0.30\,\mathrm{kg} d’eau à 70∘C70^\circ\mathrm C et mc=0.20 kgm_c=0.20\,\mathrm{kg} d’eau à 10∘C10^\circ\mathrm C. La chaleur massique vaut c=4200 J kg−1K−1c=4200\,\mathrm{J\,kg^{-1}K^{-1}} ; négliger la capacité du récipient et les pertes thermiques. Après mélange, l’eau atteint une température finale uniforme, sans évaporation ni changement d’état. La chaleur s’échange uniquement entre les deux portions d’eau ; le récipient isolé ne reçoit aucune énergie. Compter positivement la chaleur reçue et négativement celle cédée par la portion considérée. (a) Déterminer la température d’équilibre TfT_f. (b) Calculer avec son signe la chaleur échangée par l’eau chaude. (c) Trouver la chaleur reçue par l’eau froide et vérifier la conservation. (d) Donner l’ordre de Tc,Tf,ThT_c,T_f,T_h.Solutions: 1
  2. Problème 2Deux masses m1=4.0 kgm_1=4.0\,\mathrm{kg} et m2=6.0 kgm_2=6.0\,\mathrm{kg} sont reliées par un fil léger inextensible passant sur une poulie sans masse et sans frottement ; le système part du repos. Prendre g=10 m s−2g=10\,\mathrm{m\,s^{-2}}. Le fil reste tendu et ne glisse pas dans la gorge ; la poulie tourne librement, donc les tensions de ses deux brins sont égales. Les masses se déplacent verticalement : la masse légère monte de la même distance et à la même vitesse que la masse lourde descend. Étudier le mouvement après le lâcher. (a) Déterminer l’accélération de chaque masse et la tension du fil. (b) Calculer leur vitesse après 3.0 s3.0\,\mathrm s. (c) Quelle distance chacune a-t-elle parcourue ?Solutions: 1
  3. Problème 3Une balle est lancée horizontalement du bord d’une falaise de hauteur h=20 mh=20\,\mathrm m avec la vitesse initiale u=20 m s−1u=20\,\mathrm{m\,s^{-1}}. Négliger l’air et prendre g=10 m s−2g=10\,\mathrm{m\,s^{-2}}. Prendre le point de lancement pour origine, l’axe horizontal vers l’avant et l’axe vertical vers le haut. Le sol est situé à la distance verticale hh sous le point de départ ; la balle est ponctuelle et ne rencontre aucun obstacle avant l’impact. Le temps est compté à partir du départ du bord. (a) Déterminer la durée de chute et la portée horizontale. (b) Trouver les composantes de la vitesse juste avant l’impact. (c) Calculer la vitesse d’impact et son angle sous l’horizontale.Solutions: 1