Mines Physique 1 MP 2005Sujet, corrigé et rapport du jury
- Statique des fluides en référentiel non galiléen
- Mécanique du solide en rotation
- Théorème du moment cinétique
- Théorème de l'énergie cinétique
- Théorème du centre d'inertie
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Présentation du sujet
Tensions et compressions dans des corps en rotation : fluide en rotation, barre rigide et cheminée à vitesse angulaire variableAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le sujet comporte trois parties indépendantes portant sur la mécanique du solide et la statique des fluides dans un référentiel non galiléen. Il étudie successivement un fluide en rotation dans un réservoir cylindrique, une barre rigide puis déformable en rotation, et une cheminée soumise à une rotation à vitesse angulaire variable.
- 1I. Fluide en rotationÉtude de la pression dans un fluide, incompressible puis compressible, contenu dans un réservoir cylindrique tournant à vitesse angulaire constante.
- 2II. Rotation d'une barre rigideÉtude de la tension dans une barre rigide puis déformable en rotation, à partir du bilan des actions mécaniques sur un élément de la barre.
- 3III. Rotation à vitesse angulaire variableÉtude d'une cheminée en rotation à vitesse angulaire variable, avec calcul des efforts de cisaillement et de torsion le long de la cheminée.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesConfusion entre force de Coriolis et force d'entraînement · Absence de vérification de l'homogénéité · Conditions aux limites mal poséesAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe jury constate que les difficultés des candidats viennent surtout de connaissances mathématiques élémentaires insuffisantes et d'une analyse physique souvent inexacte des conditions aux limites. Il relève de très bonnes copies mais aussi de très mauvaises, et s'étonne que certains candidats, après deux ou trois ans de classes préparatoires, ne répondent pas aux questions les plus élémentaires.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Confusion entre force de Coriolis et force d'entraînement1
Lors de la démonstration de la formule générale de la statique des fluides, les candidats oublient de préciser le référentiel choisi et confondent force de Coriolis et force d'entraînement.
- 2Absence de vérification de l'homogénéité7
Le jury regrette que les candidats ne vérifient pas l'homogénéité des relations trouvées, ce qui aurait pu éviter des erreurs, par exemple une formule inhomogène pour K.
- 3Conditions aux limites mal posées12, 13, 14
Les candidats confondent condition initiale et condition limite, avec une erreur fréquente du type considérer que la tige fixée en un point y a une tension nulle.
« la tige est fixée en 0, donc t(O) = 0 »
- 4Confusion entre notations vectorielles
Une même notation sans flèche est parfois employée pour désigner tour à tour un vecteur, sa norme et sa projection sur un vecteur unitaire.
- 5Confusion moment cinétique et moment de la quantité de mouvement17, 18
Quelques candidats considèrent le moment de la quantité de mouvement comme le moment cinétique de la barre, ou le rajoutent à J0 θ''.
- 6Question 24 peu traitée24
La question sur le lieu de la cheminée subissant une torsion maximale n'est pratiquement pas abordée alors qu'elle pouvait être résolue à partir de la relation fournie par le texte.
Ce qui a été bien réussi
- Le théorème du moment cinétique est bien appliqué par la majorité des candidats aux questions 17 et 18.
- Le théorème du centre d'inertie est appliqué convenablement à la question 19.
- Des calculs rigoureux permettent à de nombreux candidats de trouver les bons résultats aux questions 21, 22 et 23.
- La question 16 a souvent été bien traitée avec de bons résultats.
- L'amélioration de l'orthographe des copies est notée par le jury.
Conseils du jury
- Préciser systématiquement le référentiel d'étude et indiquer son caractère galiléen ou non.
- Vérifier l'homogénéité de chaque relation obtenue avant de la donner comme résultat final.
- Ne pas confondre condition initiale et condition limite lors de la résolution d'une équation différentielle.
- Utiliser des notations vectorielles cohérentes, avec une flèche pour les vecteurs.
- Lire et relire l'énoncé pendant la résolution, car des informations utiles sont souvent négligées à la première lecture.
- Chercher à répondre aux questions accessibles dans tout le problème plutôt que de rester bloqué sur une progression.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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A 2005 PHYS. I
ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉES, ÉCOLES NATIONALES SUPÉRIEURES DE L'AÉRONAUTIQUE ET DE L'ESPACE, DE TECHNIQUES AVANCÉES, DES TÉLÉCOMMUNICATIONS, DES MINES DE PARIS, DES MINES DE SAINT-ÉTIENNE, DES MINES DE NANCY, DES TÉLÉCOMMUNICATIONS DE BRETAGNE, ÉCOLE POLYTECHNIQUE (FILIÈRE TSI)
PREMIÈRE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Filière MP
Sujet mis à disposition des concours : Cycle international, ENSTIM, INT, TPE-EIVP
PHYSIQUE I -MP
- Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il est amené à prendre.
- Il ne faudra pas hésiter à formuler les commentaires (incluant des considérations numériques) qui vous sembleront pertinents, même lorsque l'énoncé ne le demande pas explicitement.
- Notations : vecteur
→ V (on pourra écrireV⃗ ); vecteur unitaire de la coordonnéec :c^ .
TENSIONS ET COMPRESSIONS
DANS DES CORPS EN ROTATION
I. Fluide en rotation

- 1-Montrer que la pression
p(r) satisfait l'équation différentielle, notée [1],(dp)/(dr) = ω^2 rμ(r) .
On précisera le phénomène décrit par cette équation et le référentiel dans lequel elle s'applique. Est-il légitime de ne pas tenir compte de la dépendance dep selon la cotez ?
Fluide incompressible
Fluide compressible
- 7 - Déterminer la constante
K en exprimant la conservation de la masse et donner l'expression complète de la distribution de pression. Tracer l'allure du graphe dep(r) pour0 ≤ r ≤ R . Le résultat obtenu serait-il valable pour un fluide incompressible?
◻8 - Montrer que la condition de validité du calcul, c'est-à-direχ_0|p − P_0|≪1 , est équivalente à l'inégalitéχ_0 μ_0 ω^2 R^2≪1 .
◻9 - Le fluide est de l'eau de masse volumiqueμ_0 = 10^3 kg.m^(− 3) . La vitesse de rotation du réservoir estω = 100 rad.s^(− 1) , son rayon estR = 1 m ; la pression au repos estP_0 = 10^5 Pa et la vitesse du son dans l'eau,c_(eau) , satisfait la relationχ_0 μ_0 c_(eau)^2 = 1 ; sa valeur numérique estc_(eau) = 1450 m.s^(− 1) . L'hypothèse|ε|≪1 est-elle valide? Comparer la vitesse maximalev_(max) des molécules dans le réservoir à la vitesse du son.
◻10 - Soitc_(GP) la vitesse du son dans un gaz parfait (GP) de masse moléculairem ; cette vitesse vérifie donc, à la températureT , la relationχ_T μ_(GP)^2 c_(GP)^2 = 1 . Calculerχ_T pour le gaz
parfait ; établir la relationmc_(GP)^2 = k_B T et montrer que l'approximationv_(max)≪c_(GP) appliquée au gaz parfait conduit à loi de distribution de pression trouvée à la question 4. Expliquer la formulation, paradoxale pour un gaz : le gaz parfait est incompressible.
II. Rotation d'une barre rigide
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Barre rigide
Barre déformable
constante de la barre (le module de rigidité de la barre rigide des questions 12 à 14 est infini). Dans la pratique, l'inégalité
III. Rotation à vitesse angulaire variable

La liaison pivot en O est parfaite.
l'angle
θ .
◻20 - Pour quelle valeur de
θ la cheminée décolle-t-elle du sol ?
22 - Si la cheminée perd sa rigidité, elle s'effrite. Elle aura tendance à s'effriter au point où l'effort de cisaillement
23 - Montrer que le théorème du moment cinétique en O , appliqué à la longueur

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FIN DE CE PROBLÈME
FIN DE L'ÉPREUVE
Questions fréquentes
3 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de physique 1 Mines MP 2005 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
3 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de physique 1 Mines MP 2005 ?
Elle porte sur la statique des fluides et la mécanique du solide en rotation dans un référentiel non galiléen, à travers l'étude d'un fluide en rotation, d'une barre rigide puis d'une cheminée à vitesse angulaire variable.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées dans le sujet Mines physique 1 MP 2005 ?
Le jury relève des confusions entre force de Coriolis et force d'entraînement, une absence fréquente de vérification de l'homogénéité des résultats, et des conditions aux limites mal posées, notamment sur la tension dans la barre.
Ce sujet de physique 1 Mines MP 2005 est-il faisable en première année ?
Le rapport précise que la formule générale de la statique des fluides utilisée n'est pas au programme de première année, ce qui suggère que le sujet dépasse ce niveau.
Pas de description pour le moment
