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Mines Physique 1 MPI 2024Sujet, corrigé et rapport du jury

Des objets astronomiques, de Mars à Sirius

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Faisable en partie en MP2I : 18 questions sur 26. Autres questions faisables en MP2I

Autres premières années : PCSI 20 · TSI1 15 · BCPST1 12 questions.

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Présentation du sujet

Difficulté moyenne
Des objets astronomiques, de Mars à Sirius : mouvements planétaires et structure interne des étoiles
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Le sujet comporte deux problèmes totalement indépendants sur l'astronomie. Le premier étudie les mouvements planétaires à partir de la gravitation de Newton, de la résolution de l'équation du mouvement, de la période orbitale et des lois de Kepler, avec l'unité astronomique déterminée par l'observation de Mars. Le second étudie les différentes composantes de l'énergie d'une étoile pour évaluer la stabilité d'une naine blanche.

  1. 1Problème I : mouvements planétairesLoi de la gravitation de Newton, résolution de l'équation du mouvement, période orbitale et unité astronomique par l'observation de Mars, lois de Kepler.
  2. 2Problème II : structure interne des étoilesÉnergie potentielle gravitationnelle, énergie cinétique liée à la pression et au confinement quantique, stabilité d'une naine blanche.

Difficulté moyenne. Le rapport conclut que l'épreuve a permis de classer les candidats de façon satisfaisante, avec plusieurs questions bien ou relativement bien traitées et d'autres nettement discriminantes.

L'épreuve en chiffres

Moyenne 11,09 / 20 · écart-type 4,03 · 839 présents · où vous situez-vous ?
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Moyenne
11,09/ 20
Écart-type
4,03
Présents
839
Coefficient
3
Durée
3 h
moyenne 11,0905101520
Deux tiers des copies environ (moyenne ± écart-type)

Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.

Source : document officiel du concours, épreuve du 13 mai 2024. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.

Ce qu'a observé le jury

6 erreurs relevées
Confusion entre distance centre à centre et surface à surface · Analyse qualitative de l'énergie et du travail très discriminante · Théorème de Gauss mal appliqué
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Le théorème de Gauss gravitationnel et le mouvement planétaire sont globalement bien traités, mais une confusion entre les trois lois de Kepler apparaît parfois. Le jury a été surpris par le caractère très discriminant de l'analyse qualitative de l'énergie et du travail, et regrette un manque général de rigueur dans la gestion des vecteurs et la vérification de l'homogénéité des expressions.

Les erreurs les plus sanctionnées

  1. 1
    Confusion entre distance centre à centre et surface à surfaceQ1, Q2, Q3

    Cette confusion sur la première question entraîne des erreurs en cascade sur les deux questions suivantes.

    « De nombreuses copies confondent la distance centre à centre avec la distance surface à surface »
  2. 2
    Analyse qualitative de l'énergie et du travail très discriminante

    Le jury a été surpris que cette analyse, pourtant qualitative, se révèle extrêmement sélective entre les copies.

    « Le jury a trouvé surprenant que l'analyse qualitative de l'énergie et du travail soit apparue extrêmement discriminante. »
  3. 3
    Théorème de Gauss mal appliquéQ2

    Confusion sur le signe et la constante à utiliser, et nombreuses réponses purement qualitatives sans le théorème de Gauss, souvent non conclusives ; les symétries et invariances ne sont pas explicitées.

  4. 4
    Confusion entre sens du transfert d'énergie et signe du travailQ13

    Le concept d'énergie de liaison est très mal maîtrisé et l'analyse qualitative pose de grandes difficultés.

    « Confusion étonnante entre le sens de transfert de l'énergie et le signe algébrique du travail. »
  5. 5
    Question de programmation peu réussieQ7

    Un tiers seulement des candidats a traité cette question, avec un faible taux de succès global.

    « Question traitée par un tiers des candidats, avec un taux de succès global »
  6. 6
    Lien avec l'incertitude de Heisenberg rarement faitQ21

    La fonction d'onde stationnaire d'une particule dans une boîte est globalement connue, mais peu de candidats en saisissent tous les détails ou font le lien avec la relation d'incertitude de Heisenberg.

Ce qui a été bien réussi

  • Le théorème de Gauss gravitationnel et le mouvement planétaire sont bien traités par la plupart des candidats.
  • Les questions sur la condition de corps fixe, le changement de variable ou l'intégration de l'énergie ont été relativement bien traitées.

Conseils du jury

  • Être attentif au soin des copies : encadrement des réponses, propreté de l'écriture, schémas réalisés à l'aide d'une règle.
  • Être rigoureux et vérifier la cohérence des réponses : propagation des signes, homogénéité des grandeurs, nature scalaire ou vectorielle, ordre de grandeur des applications numériques.
  • Faire attention à la direction des quantités vectorielles.

Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.

Corrigé détaillé

26 questions
Indice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question, avec les remarques du jury.
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26 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré et les remarques du jury. Chaque question est vérifiée avant publication.

  1. Q1Quelle condition (inégalité forte) permet de considérer comme fixe ? Quelle est l'expression de la force…
  2. Q2Que devient l'expression de si reste ponctuel tandis que l'astre, de rayon, possède une répartition de masse…
  3. Q3Cette expression reste-t-elle encore applicable si et sont tous deux à symétrie sphérique ? On pourra, dans…
  4. Q4Montrer que le mouvement de est plan; on notera le plan de ce mouvement. Définir la constante issue de la…
  5. Q5Exprimer et en déduire que où est une constante d'intégration et un paramètre du mouvement qu'on exprimera…
  6. Q6Exprimer et en fonction de,, et. En déduire en fonction de, et et montrer que pour un mouvement borné…
  7. Q7En utilisant par exemple la question précédente, montrer que où la constante s'obtient par le calcul de…
  8. Q8Dans le cas particulier où, préciser la nature de la trajectoire et l'expression de; en déduire une des lois…
Voir les 18 autres questions
  1. Q9Proposer l'écriture des lignes de code Python permettant le tracé de la figure 2: courbe en trait plein puis…
  2. Q10Représenter sur un schéma unique l'ensemble des paramètres géométriques,,, ci-dessus au moment de la mesure…
  3. Q11En déduire la relation permettant de déterminer en fonction de,, et.
  4. Q12La valeur annoncée par CASSINI était (secondes d'angle). Est-elle compatible avec la relation ci-dessus ?
  5. Q13Donner et justifier physiquement le signe de. Expliquer pourquoi on nomme parfois l'énergie de liaison de…
  6. Q14Exprimer la masse volumique, supposée uniforme et constante, de l'étoile en fonction de et. En déduire, en…
  7. Q15Justifier que la contribution à l'énergie gravitationnelle de cet accroissement (passage de à) s'écrit…
  8. Q16On s'intéresse à l'équilibre de la colonne de fluide d'aire et comprise entre les altitudes et. Expliciter…
  9. Q17Un volume de fluide est soumis à la pression, supposée uniforme. Dans quel modèle l'énergie cinétique…
  10. Q18Expliciter le champ gravitationnel ressenti au sein de l'étoile en équilibre à la distance du centre, en…
  11. Q19Calculer l'énergie cinétique totale de l'étoile en fonction de, et; commenter.
  12. Q20Exprimer en fonction de, et seulement.
  13. Q21La particule étudiée étant confinée à l'intervalle, exprimer la fonction d'onde spatiale et l'énergie de…
  14. Q22Que deviennent ces expressions de la fonction d'onde et de l'énergie de l'état fondamental dans un modèle…
  15. Q23En déduire que l'énergie cinétique totale due au confinement de l'étoile se met sous la forme dans laquelle…
  16. Q24Pour une étoile de ce type, déterminer le rayon qui assure un minimum de l'énergie totale.
  17. Q25Calculer numériquement dans le cas d'une masse égale à celle du Soleil et conclure.
  18. Q26En estimant la vitesse des électrons dans le modèle de Fowler justifier l'argument de Chandrasekhar.

Description

Le sujet comporte deux problèmes totalement indépendants sur l'astronomie. Le premier étudie les mouvements planétaires à partir de la gravitation de Newton, de la résolution de l'équation du mouvement, de la période orbitale et des lois de Kepler, avec l'unité astronomique déterminée par l'observation de Mars. Le second étudie les différentes composantes de l'énergie d'une étoile pour évaluer la stabilité d'une naine blanche.

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Lecture du sujet en ligne

L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.
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ÉCOLE DES PONTS PARISTECH, ISAE-SUPAERO, ENSTA PARIS, TÉLÉCOM PARIS, MINES PARIS, MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY, IMT ATLANTIQUE, ENSAE PARIS, CHIMIE PARISTECH - PSL.
Concours Mines-Télécom, Concours Centrale-Supélec (Cycle International).

CONCOURS 2024
PREMIÈRE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Durée de l'épreuve : 3 heures
L'usage de la calculatrice et de tout dispositif électronique est interdit.
Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente
sur la première page de la copie :
PHYSIQUE I - MPI
L'énoncé de cette épreuve comporte 6 pages de texte.
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.

Des objets astronomiques, de Mars à Sirius

Ce sujet comporte deux problèmes totalement indépendants étudiant différents aspects de l'astronomie (la science des planètes et des étoiles) et en particulier de l'astrophysique (l'étude des modèles physiques des astres). Le problème I décrit des notions connues depuis le XVII ^e siècle (la mécanique céleste des trajectoires des planètes et les lois de Kepler et Newton). Le problème II propose une étude de quelques propriétés énergétiques des étoiles en comparant leur énergie gravitationnelle avec des termes comparables liés aux autres interactions au sein de l'étoile.
Pour toutes les applications numériques, on se contentera de deux chiffres significatifs. Les notations des constantes fondamentales utiles, des données numériques et des rappels de syntaxe Python sont regroupés en fin d'énoncé. On pourra noter u^_x, u^_y, u^_z la base cartésienne associée au repère (Oxyz) et u^_r, u^_θ la base locale associée aux coordonnées polaires r, θ du point M situé dans le plan ( Oxy ), cf. figure 1.
Figure 1 - Base locale associée aux coordonnées polaires
On posera j^2 = − 1. On notera par un point les dérivées temporelles, f˙ = (df)/(dt). Les vecteurs w⃗ sont surmontés d'une flèche, sauf les vecteurs unitaires notés u^.

I Les lois de Kepler et l'unité astronomique

Ce problème est consacré aux lois de Kepler (16og et 1618) et à une mesure historique de l'unité astronomique par CASSINI (1672). On notera que ces travaux sont toux deux nettement antérieurs à la publication de la loi de la gravitation universelle par Newton (1687).
On s'intéressera en particulier aux orbites de la Terre et de Mars, la planète la plus proche de la Terre avec une trajectoire extérieure. Le plan de sa trajectoire est presque confondu (à moins de 2^∘ près) avec le plan de l'écliptique (la trajectoire terrestre). Ces deux trajectoires sont proches de cercles autour du Soleil.

I.A Mouvements d'une planète sous l'action d'un astre attracteur

On étudie ici, relativement à un référentiel galiléen ( R_0 ), le mouvement d'un astre 𝒫 assimilé à un point P de masse m_P sous l'action du seul champ de gravitation exercé par un autre astre attracteur 𝒜 de masse m_A et de centre fixe A. On notera r⃗ = AP^(→−), r = ‖r⃗‖ et r⃗ = ru^_r.
-1. Quelle condition (inégalité forte) permet de considérer A comme fixe?
Quelle est l'expression de la force gravitationnelle F⃗ exercée par 𝒜 sur 𝒫 si les deux astres sont assimilés à des points?
    1. Que devient l'expression de F⃗ si 𝒫 reste ponctuel tandis que l'astre 𝒜, de rayon R_A < r, possède une répartition de masse à symétrie sphérique? On justifiera sa réponse.
    1. Cette expression reste-t-elle encore applicable si 𝒫 et 𝒜 sont tous deux à symétrie sphérique? On pourra, dans tout ce qui suit, considérer 𝒜 et 𝒫 comme des points matériels A et P.
    1. Montrer que le mouvement de P est plan; on notera (Axy) le plan de ce mouvement. Définir la constante C issue de la loi des aires pour ce mouvement et relier cette constante aux coordonnées polaires ( r, θ ) du mouvement de P dans ( Axy ).
      On note v⃗ la vitesse de P et u^_r, u^_θ les vecteurs de la base polaire associée au mouvement de P. v⃗ est fonction du temps et donc aussi de l'angle polaire θ.
    1. Exprimer (dv⃗)/(dθ) et en déduire que v⃗(θ) = C(u^_θ + e⃗)/p où e⃗ est une constante d'intégration et p un paramètre du mouvement qu'on exprimera en fonction de C, m_A et de la constante universelle de gravitation G.
      Montrer que le vecteur e⃗ est sans dimension et situé dans le plan ( Axy ) du mouvement.
      Sans perte de généralité, on peut supposer que e⃗ = eu^_y avec e = ‖e⃗‖ ⩾ 0.
  1. Exprimer r˙ et rθ˙ en fonction de C, p, e et θ.
En déduire r en fonction de p, e et θ et montrer que e < 1 pour un mouvement borné. Quelle est, dans ce cas et sans démonstration, la nature de la trajectoire? On admettra que le mouvement est périodique de période T.

I.B Période du mouvement

    1. En utilisant par exemple la question précédente, montrer que T = Ip^(3/2)/√(Gm_A) où la constante I s'obtient par le calcul de l'intégrale I = ∫_0^(2π)(dθ)/((1 + ecosθ)^2).
    1. Dans le cas particulier où e = 0, préciser la nature de la trajectoire et l'expression de T; en déduire une des lois de Kepler, préciser laquelle et proposer son énoncé «historique» sous forme d'une phrase en français.
Le calcul de l'intégrale I en fonction de e peut être mené de manière numérique (au moyen d'un script Python); les résultats sont illustrés figure 2.
    1. Proposer l'écriture des lignes de code Python permettant le tracé de la figure 2 : courbe en trait plein puis mise en exergue d'une dizaine de valeurs régulièrement réparties pour 0 ⩽ e ⩽ 1/2.
      Note : on pourrait mener le calcul exact de l'intégrale qui fournit I(e) = (1 − e^2)^(− 3/2)I_(e = 0). Ce calcul n'est pas demandé !
Figure 2 - Calcul numérique de l'intégrale I

I.C Mesure de l'unité astronomique

Nous admettrons pour la Terre et Mars des orbites circulaires centrées au centre S du référentiel de CoPERNIC, de rayons respectifs a_0 (c'est l'unité astronomique) et a_1, de périodes T_0 et T_1.
Le principe de la mesure de a_0 proposée par CASSINI, à la fin du XVII ^e siècle, consistait à observer simultanément, depuis deux observatoires bien séparés (Paris et Cayenne, distants en ligne droite de ℓ = 7070 km ) la planète Mars lorsqu'elle est à sa distance minimale de la Terre, puis d'évaluer l'angle α entre les deux directions de visée (Paris ⟶ Mars et Cayenne ⟶ Mars).
Figure 3 - La Terre et la Lune vues depuis Mars par la sonde Mars Global Surveyor, photo NASA
    1. Représenter sur un schéma unique l'ensemble des paramètres géométriques a_0, a_1, ℓ, α ci-dessus au moment de la mesure, lors d'une conjonction inférieure (le Soleil, la Terre et Mars sont alignés dans cet ordre).
    1. En déduire la relation permettant de déterminer a_0 en fonction de T_0, T_1, ℓ et α.
    1. La valeur annoncée par CASSINI était α = 14^(′′) (secondes d'angle). Est-elle compatible avec la relation ci-dessus?

II Structure et énergie des étoiles

Les parties II.A, II.B et II.C sont très largement indépendantes. Les étoiles à l'équilibre seront ici décrites comme des boules homogènes de masse M et de rayon R en équilibre sous l'action de leur propre gravitation et de diverses forces antagonistes qui s'opposent à l'effondrement de l'étoile : il s'agira de la pression thermodynamique associée à l'agitation thermique dans la partie II.B et d'une propriété strictement quantique, la pression de confinement, dans la partie II.C.
Figure 4 - Constitution progressive de l'étoile

II.A L'énergie gravitationnelle

Du fait de la symétrie sphérique de l'étoile, on va définir son énergie gravitationnelle W_g comme l'énergie mécanique qu'un opérateur fournit à l'étoile pour la constituer, à partir de gaz sans interaction car pris à grande distance, en couches concentriques de rayon croissant (figure 4). Ce calcul sera effectué pour une évolution quasi-statique, l'opérateur agissant à tout instant pour compenser exactement les forces gravitationnelles.
    1. Donner et justifier physiquement le signe de W_g. Expliquer pourquoi on nomme parfois E_ℓ = − W_g l'énergie de liaison de l'étoile.
    1. Exprimer la masse volumique ρ, supposée uniforme et constante, de l'étoile en fonction de M et R.
      En déduire, en fonction de M, R et r, les expressions de m (masse déjà constituée dans une sphère de rayon r ) et de dm (masse à apporter pour faire passer ce rayon de r à r + dr).
    1. Justifier que la contribution dW_g à l'énergie gravitationnelle de cet accroissement (passage de r à r + dr) s'écrit dW_g = − G(mdm)/r.
      Calculer l'énergie gravitationnelle totale W_g de l'étoile en fonction de G, M et R.

II.B Pression cinétique

Certaines étoiles sont en équilibre sous l'action de la pression cinétique liée à l'agitation thermique qui résiste seule à l'effondrement gravitationnel. On va tout d'abord décrire cet équilibre dans une géométrie cartésienne, l'axe ( Oz ) étant dirigé selon le champ de gravitation local G⃗(z) = G(z)u^_z (figure 5) avec G(z) < 0. On note aussi ρ(z) la masse volumique du fluide au repos et P(z) la pression dans le fluide.
Figure 5 - Géométrie du champ de gravitation local
    1. On s'intéresse à l'équilibre de la colonne de fluide d'aire S et comprise entre les altitudes z_1 et z_2. Expliciter, éventuellement sous forme intégrale, les forces exercées sur cette colonne. En déduire l'équation différentielle reliant P(z), ρ(z) et G(z).
      La pression équilibrant la force gravitationnelle, les ordres de grandeur des énergies thermique et gravitationnelle doivent être comparables; nous allons ici le vérifier en évaluant l'énergie cinétique de l'étoile dans le cadre d'un modèle très simplifié dans lequel la masse volumique ρ est constante mais qui prend maintenant en compte la géométrie sphérique du système. On suppose ainsi que l'équation d'équilibre local obtenue en géométrie cartésienne à la question 16 se généralise grâce à la symétrie sphérique en faisant z → r avec ρ(r) = cste.
      ◻ − 17. Un volume V de fluide est soumis à la pression P, supposée uniforme. Dans quel modèle l'énergie cinétique d'agitation thermique associée peut-elle s'écrire E_c = 3/2PV ? Dans la suite de cette partie II.B on supposera que c'est bien le cas en chaque point intérieur à l'étoile.
    1. Expliciter le champ gravitationnel G⃗(r⃗) ressenti au sein de l'étoile en équilibre à la distance r du centre, en fonction de G, M, R et r.
      En déduire l'expression de la pression P(r) = (3GM^2)/(8πR^6)(R^2 − r^2).
      -19. Calculer l'énergie cinétique totale de l'étoile E_c en fonction de G, M et R; commenter.

II.C Pression de confinement quantique

Nous ne ferons plus ici l'hypothèse d'un équilibre de la gravitation par la pression cinétique; au contraire, nous négligerons tout effet thermique pour les étoiles décrites dans cette partie II.C.
L'étoile sphérique étudiée ici, de rayon R, de masse M et de volume V est essentiellement constituée de N atomes d'hydrogène, donc de N protons de masse m_p et d'autant d'électrons de masse m_e≪m_p, chacune de ces particules étant confinée dans un volume θ = V/N. On va montrer que le principe d'incertitude impose à chacun des atomes une énergie cinétique dite de confinement quantique. Celle-ci sera évaluée dans un modèle très simplifié, chaque particule restant libre de toute interaction mais confinée dans un volume cubique de côté a tel que a^3 = θ.
◻ − 20. Exprimer a en fonction de M, R et m_p seulement.
On rappelle pour un état stationnaire d'une particule de masse m, libre et à une dimension ( Ox ), l'équation de Schrödinger avec ℏ = h/2π : − (ℏ^2)/(2m)(∂^2 Ψ)/(∂x^2) = jℏ(∂Ψ)/(∂t) pour la fonction d'onde Ψ(x, t) = ψ(x)e^(− jωt).
    1. La particule étudiée étant confinée à l'intervalle x ∈ [0, a], exprimer la fonction d'onde spatiale ψ_1(x) et l'énergie e_1 de l'état fondamental en fonction de h, m et a.
      Justifier que cette relation illustre le principe d'indétermination de Heisenberg.
    1. Que deviennent ces expressions de la fonction d'onde et de l'énergie de l'état fondamental dans un modèle confiné à trois dimensions, x ∈ [0, a], y ∈ [0, a] et z ∈ [0, a] ?
    1. En déduire que l'énergie cinétique totale due au confinement de l'étoile se met sous la forme E_c = γM^(5/3)/R^2 dans laquelle on exprimera γ en fonction de h, m_p et m_e.

II.D Le cas des naines blanches

On s'intéresse ici aux naines blanches, étoiles dans lesquelles la pression due au confinement quantique (avec l'énergie cinétique exprimée en fonction de M et R dans la partie II.C) est nettement supérieure aux effets de l'agitation thermique (que l'on négligera donc ici) et compense seule les effets de la gravitation (avec l'énergie de gravitation exprimée également en fonction de M et R dans la partie II.A).
La particularité de ces étoiles (essentiellement composées de carbone) et la prise en compte des dégénerescences des états d'énergie des électrons introduisent des facteurs numériques dans l'expression de γ obtenu dans un cas simple à la question 23. Ces spécificités ne modifient toutefois pas l'expression de l'énergie cinétique totale due au confinement de l'étoile. En 1926, FOWLER ^1 propose la valeur γ = 1, 6 ⋅ 10^6 SI pour les naines blanches. On utilisera cette valeur dans le reste du problème.
◻ − 24. Pour une étoile de ce type, déterminer le rayon R_(eq) qui assure un minimum de l'énergie totale.
◻ − 25. Calculer numériquement R_(wd) dans le cas d'une masse égale à celle du Soleil et conclure.
En 1931, CHANDRASEKHAR ^2 explique qu'il faut prendre en compte le caractère relativiste des électrons confinés dans les naines blanches. Il en deduira un modèle plus correct pour ces étoiles.
    1. En estimant la vitesse des électrons dans le modèle de FOWLER justifier l'argument de CHANDRASEKHAR.

FIN DE L'ÉPREUVE

  1. R. H. Fowler, On dense matter, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 87, 114, 1926
  2. S. Chandrasekhar, The maximal mass of ideal white dwarfs, Astrophysical Journal, 74, 81, 1931

Formulaire en coordonnées sphériques

grad^(→−)[F(r)] = (dF)/(dr)u^_r div[F(r)u^_r] = 1/(r^2)d/(dr)[r^2 F(r)]

Données numériques

Grandeur Symbole, valeur et unité
Constante de Planck h = 6, 63 ⋅ 10^(− 34) J ⋅ Hz^(− 1)
Constante de la gravitation universelle G = 6, 67 ⋅ 10^(− 11) m^3 ⋅ kg^(− 1) ⋅ s^(− 2)
Distance Terre-Soleil (unité astronomique) a_0 = 1UA = 1, 50 ⋅ 10^(11) m
Masse de l'électron m_e = 9, 11 ⋅ 10^(− 31) kg
Masse du proton m_p = 1, 67 ⋅ 10^(− 27) kg
Masse du Soleil M_⊙ = 1, 99 ⋅ 10^(30) kg
Rayon du Soleil R_⊙ = 6, 96 ⋅ 10^8 m
Rayon de la Terre R_T = 6, 37 ⋅ 10^6 m
Période du mouvement de la Terre (année) T_0 = 365j = 3, 16 ⋅ 10^7 s
Période du mouvement de Mars T_1 = 687j
Seconde d'arc 1^(′′) = 4, 85μrad
On donne (5/4)^2 ≃ 1, 6 et [(687)/(365)]^(1/3) ≃ 5/4.

Syntaxes Python

Syntaxe d'appel Résultats ou commentaires
* Générer un tableau de n valeurs régulièrement sur [a, b] :
r = numpy.linspace(a, b, n) r est un tableau de type numpy. array
* Évalue l'intégrale y = ∫_a^b f(x)dx et estime l'erreur numérique
r = scipy.integrate.quad(f, a, b) r = (y, err )
⋆ Créer ou activer une fenêtre de tracé :
r = matplotlib.pyplot.figure() exécuter avant de générer des tracés
* Tracer la courbe représentative de y = f(x)
matplotlib.pyplot.plot(x, y) x et y , énumérables de même dimension
* Afficher la ou les fenêtres de tracé :
matplotlib.pyplot.show() exécuter après avoir généré des tracés

  1. Les sujets sont la propriété du GIP CCMP. Ils sont publiés sous les termes de la licence
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    Tout autre usage est soumis à une autorisation préalable du Concours commun Mines Ponts.

Questions fréquentes

4 questions
Sur quels chapitres porte Physique 1 Mines-Ponts MPI 2024 ?
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Sur quels chapitres porte Physique 1 Mines-Ponts MPI 2024 ?

Le sujet porte sur les mouvements planétaires (gravitation de Newton, lois de Kepler) et sur la structure interne des étoiles (énergie gravitationnelle, hydrostatique, confinement quantique) pour étudier la stabilité d'une naine blanche.

Le sujet Physique 1 MPI 2024 des Mines sur les objets astronomiques est-il difficile ?

Le rapport le juge globalement équilibré : plusieurs questions ont été bien ou relativement bien traitées, mais l'analyse qualitative de l'énergie et certaines questions discriminantes ont posé des difficultés.

Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet ?

Une confusion entre distance centre à centre et surface à surface, des erreurs de signe avec le théorème de Gauss, et une analyse qualitative de l'énergie jugée surprenamment discriminante.

Faut-il bien connaître les lois de Kepler pour ce sujet ?

Oui, elles sont au centre de la première partie, même si le rapport note une confusion parfois présente entre les trois lois.

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