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Mines Physique 1 PSI 2026Sujet, corrigé et rapport du jury

Autour de jets d'eau

3,5(2 votes)

Faisable en sup ?

Ce sujet demande la 2e année : aucune question ne se traite avec le seul programme de PCSI.

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Présentation du sujet

Difficile
Jets d'eau : efforts sur une lance à incendie, relations de Bernoulli, pertes de charge et fragmentation par tension superficielle
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Le sujet porte essentiellement sur la mécanique des fluides, avec l'étude de jets d'eau dans une conduite souple puis rigide, puis à l'air libre. Une courte partie I établit les bilans dynamique et énergétique pour un système ouvert. Suivent trois parties largement indépendantes : les efforts sur une lance à incendie, la hauteur d'un jet vertical avec les pertes de charge, et la fragmentation d'un jet en gouttes sous l'effet de la tension superficielle.

  1. 1Partie I : bilans pour un système ouvertOn établit, à l'aide d'un système fermé bien défini, les bilans de quantité de mouvement et d'énergie cinétique pour un écoulement permanent.
  2. 2Partie II : efforts sur une lance à incendieOn décrit les forces de tension dans le tuyau souple, la force exercée par l'eau et l'action que le pompier doit exercer, avec des ordres de grandeur.
  3. 3Partie III : relations de Bernoulli et pertes de chargeOn relie la hauteur atteinte par un jet vertical à la surpression à la base, en tenant compte des pertes de charge régulières et singulières dans la conduite.
  4. 4Partie IV : tension superficielle et fragmentation du jetÀ partir des notions introduites par l'énoncé, on étudie l'énergie de surface d'un jet déformé sinusoïdalement et sa fragmentation en gouttes.

Difficile. Le jury signale plusieurs questions difficiles, peu et mal abordées, une partie IV peu traitée, et une part importante des questions abordées n'ayant rapporté aucun point.

Ce qu'a observé le jury

6 erreurs relevées
Système fermé mal défini · Sens de la force affirmé sans calcul · Système non redéfini
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Le sujet a permis un étalement très satisfaisant des notes : les plus faibles ont été classés sur les questions proches du cours, les autres sur les questions les plus difficiles, où chaque effort significatif a été valorisé. Le jury constate qu'il n'existe pratiquement aucune corrélation entre le nombre de questions abordées et la note. Les ordres de grandeur des forces et la prise en compte des pertes de charge ont posé de grandes difficultés.

Les erreurs les plus sanctionnées

  1. 1
    Système fermé mal définiQ1, Q2, Q3

    Les bilans de la partie I exigent un système fermé explicite et la justification du régime permanent. Des résultats voisins ont été confondus, comme le principe fondamental de la dynamique et le théorème du centre d'inertie.

    « un écoulement incompressible n’est pas pour autant isobare »
  2. 2
    Sens de la force affirmé sans calculQ4, Q5

    Il fallait définir le système (tuyau ou eau), mener un calcul vectoriel ou projeté et en déduire le sens de la force. Une inégalité sur la norme ne permet aucune conclusion.

    « Le jury a d’ailleurs été surpris de lire souvent le résultat contraire, faux et contre-intuitif. »
  3. 3
    Système non redéfiniQ6

    La question 6, encore moins bien traitée, demandait de changer explicitement de système mécanique.

    « Il fallait ici explicitement changer la définition du système mécanique étudié. »
  4. 4
    Résultats invraisemblables laissés tels quelsQ8, Q9, Q10

    Des forces et des hauteurs de jet aberrantes ont été données sans commentaire, alors qu'une application numérique simple devait alerter.

    « Lorsque l’erreur est manifeste, laisser un résultat visiblement faux dans la copie comme si de rien n’était n’est pas acceptable. »
  5. 5
    Nombres sans dimension mal comprisQ11

    La notion de nombre sans dimension n'est pas familière à tous, et le coefficient f a parfois été confondu avec le coefficient de traînée.

  6. 6
    Pertes de charge combinéesQ12, Q13

    Il fallait tenir compte à la fois des pertes de charge régulière et singulière et du rétrécissement de section ; le résultat n'était pas une formule usuelle.

    « Il s’agit de questions difficiles, abordée dans assez peu de copies et avec un taux d’échec élevé. »

Ce qui a été bien réussi

  • De nombreux candidats ont répondu correctement à la question 14, en justifiant l'unité demandée.
  • Une étude énergétique bien menée a permis à certains candidats de réussir la fin de la question 11.
  • Le jury a valorisé chaque effort significatif sur les questions les plus difficiles, même non abouties.

Conseils du jury

  • Définir explicitement le système étudié et en changer quand la question l'exige.
  • Connaître les conditions d'application de chaque résultat du cours, pas seulement des formules.
  • Vérifier l'homogénéité et la vraisemblance de chaque résultat : signe, sens d'un vecteur, ordre de grandeur des forces, vitesses et pressions.
  • Rédiger les questions de cours de façon complète, avec des schémas clairs et légendés.
  • Relire chaque réponse après rédaction pour en vérifier la justification et la mise en valeur.
  • Rédiger dans l'ordre de l'énoncé plutôt que de survoler un grand nombre de questions.

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

Corrigé détaillé

22 questions
Indice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question.
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22 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré. Chaque question est vérifiée avant publication.

  1. Q1Déterminer la variation de la quantité de mouvement d'un système fermé, que l'on définira soigneusement et…
  2. Q2Déterminer la variation de l'énergie cinétique de pendant la durée. En déduire la relation, avec la…
  3. Q3Prouver que la composante de cette vitesse est constante tout le long du tuyau. Dans la suite, on notera…
  4. Q4Par un bilan appliqué à la surface de contrôle comprise entre et, montrer que, on exprimera en fonction des…
  5. Q5Exprimer en fonction de et des données. Déterminer l'expression de en fonction de et Le pompier doit-il…
  6. Q6Exprimer la composante de la résultante des actions exercées par l'eau sur la lance en fonction de et de
  7. Q7Exprimer la relation de Bernoulli entre l'entrée et la sortie de la lance. Montrer que la tension s'écrit…
  8. Q8Evaluer numériquement et.
Voir les 14 autres questions
  1. Q9Exprimer en fonction de et des données.
  2. Q10Exprimer en fonction de la surpression et des données. En déduire sous ces hypothèses. Cette hauteur…
  3. Q11Indiquez deux nombres sans dimension dont dépend. Donner le nom d'une représentation graphique de en…
  4. Q12Exprimer en fonction de et des rapports et. On vérifiera la cohérence du résultat lorsque l'on néglige…
  5. Q13Déterminer numériquement les valeurs de et avec et sans le rétrécissement. On présentera ses résultats en…
  6. Q14Quelle est l'unité de la tension superficielle ?
  7. Q15En utilisant la conservation du volume appliquée à la tranche comprise entre et, exprimer en fonction de et…
  8. Q16Toujours en se limitant au second ordre en, montrer que où est un coefficient que l'on exprimera en fonction…
  9. Q17Exprimer au premier ordre en, l'écart de pression entre l'intérieur et l'extérieur du jet en fonction de et…
  10. Q18En se contentant d'une analyse dimensionnelle, exprimer le temps typique pour que le jet se brise en…
  11. Q19En se limitant au premier ordre en, montrer que où est un facteur purement numérique que l'on déterminera.
  12. Q20En appliquant la relation fondamentale au centre de gravité de la tranche, obtenir une équation…
  13. Q21Expliquer pourquoi il est raisonnable de supposer que le jet se coupe en fractions de longueur. En se…
  14. Q22Déterminer numériquement la distance de l'orifice à partir de laquelle le jet se sectionne en gouttes…

Description

Le sujet porte essentiellement sur la mécanique des fluides, avec l'étude de jets d'eau dans une conduite souple puis rigide, puis à l'air libre. Une courte partie I établit les bilans dynamique et énergétique pour un système ouvert. Suivent trois parties largement indépendantes : les efforts sur une lance à incendie, la hauteur d'un jet vertical avec les pertes de charge, et la fragmentation d'un jet en gouttes sous l'effet de la tension superficielle.

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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 NATIONALE DES PONTS et CHAUSSÉES, ISAE-SUPAERO, ENSTA, TÉLÉCOM PARIS, MINES PARIS - PSL, MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY, IMT ATLANTIQUE, ENSAE PARIS, CHIMIE PARISTECH - PSL.

Concours Mines-Télécom, Concours Centrale-Supélec (Cycle International).

CONCOURS 2026
PREMIÈRE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Durée de l'épreuve : 3 heures
L'usage de la calculatrice ou de tout dispositif électronique est interdit.
Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie :
PHYSIQUE I - PSI
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.

Autour de jets d'eau

Dans tout le problème, l'eau est considérée comme un fluide incompressible, de masse volumique constante μ = 10^3 kg ⋅ m^(− 3). Les écoulements dans les conduites seront supposés avoir un nombre de Reynolds assez élevé pour admettre que le champ de vitesse moyen (lissé des turbulences) est uniforme sur une section de la conduite. On prendra g = 10 m ⋅ s^(− 2) pour l'accélération de la pesanteur terrestre.
Le problème comporte quatre parties totalement indépendantes.
Mis à part pour le jet de la partie III, la gravité n'intervient pas dans ce problème. Quand elle existe, la réaction du sol compense simplement le poids et on pourra n'écrire que la composante horizontale du bilan de quantité de mouvement.
On rappelle aussi que la résultante des actions de la pression atmosphérique uniforme sur une surface fermée est nulle. La puissance de ces actions sur un fluide incompressible est aussi nulle. Pour simplifier les raisonnements, dans les parties I, II et III, on prendra la pression atmosphérique extérieure comme référence et on travaillera avec les surpressions (écart à la pression atmosphérique). En particulier, les forces à déterminer ne prendront donc pas en compte l'action de la pression atmosphérique.
Toutes les réponses devront être justifiées. Une réponse donnée sans justification ne sera pas prise en compte. Les valeurs numériques seront fournies avec un chiffre significatif. Les vecteurs sont surmontés d'une flèche (u⃗), sauf s'ils sont unitaires et sont alors repérés par un chapeau (‖eˆ_x‖ = 1).

I Bilans de quantité de mouvement et d'énergie mécanique

On considère l'écoulement permanent d'un fluide limité par une surface de contrôle représentée en pointillés sur la figure 1 ci-dessous.
Figure 1 - Ecoulement permanent d'un fluide
Le débit volumique est Q, les vitesses du fluide en entrée et en sortie sont v⃗_e et v⃗_s (elles sont supposées uniformes sur la section).
On note Σ(t) le système ouvert constitué par le fluide contenu à l'instant t dans la surface de contrôle.
  • □- 1. Déterminer la variation dp⃗ de la quantité de mouvement d'un système fermé S_F(t), que l'on définira soigneusement et incluant notamment Σ(t), pendant la durée dt.
    En déduire la relation μQ(v⃗_s − v⃗_e) = R⃗_(ext), ou R⃗_(ext) est la résultante des actions mécaniques extérieures sur le système S_F(t).
  • □- 2. Déterminer la variation dE_c de l'énergie cinétique de S_F(t) pendant la durée dt.
    En déduire la relation 1/2μQ(v⃗_s^2 − v⃗_e^2) = P_(int) + P_(ext), avec P_(int) la puissance des actions intérieures et P_(ext) la puissance des actions extérieures.
Même s'ils n'ont pas été établis, ces résultats pourront être utilisé dans la suite.

II Lance à incendie

Figure 2 - Lance à incendie
Pour éteindre un incendie, les pompiers utilisent des tuyaux souples terminés par une lance.
On modélise le tuyau par un tube parfaitement souple, sans raideur, d'aire A assez petite pour assimiler le tuyau à une ligne. Cette aire A est constante tout le long du tuyau. Elle est réduite au niveau de la lance, placée au bout du tuyau (voir fig. 2).
Le tuyau est parcouru par l'eau de vitesse v⃗(M) tangente au tuyau et uniforme sur sa section. En notant tˆ(M) le vecteur unitaire tangent dirigé dans le sens de l'écoulement, on aura donc v⃗(M) = v(M)tˆ(M).
□ - 3. Prouver que la composante v(M) de cette vitesse est constante tout le long du tuyau. Dans la suite, on notera v cette vitesse.
Le tuyau est posé sur le sol dans une certaine disposition. On suppose qu'il n'y a aucun frottement car le sol est mouillé. On cherche à déterminer s'il existe une disposition qui lui permette d'être en équilibre. Comme le tuyau est sans raideur, on modélise les actions de la partie amont du tuyau sur la partie aval en un point M par une force de tension T⃗(M) = T(M)tˆ(M), tangente au tuyau en M. On note p la surpression (écart à la pression atmosphérique). Dans cette partie, les pertes de charge sont supposées négligeables et cette surpression est supposée constante le long du tuyau.
On considère la section comprise entre deux points M_1 et M_2 quelconques du tuyau souple. On admet que la situation pour laquelle le tuyau serait rectiligne n'est pas stable. Dans le cas général, les vecteurs unitaires tˆ(M_1) et tˆ(M_2) ne sont pas colinéaires.
Figure 3 - Bilan des actions
  • □- 4. Par un bilan appliqué à la surface de contrôle comprise entre M_1 et M_2, montrer que T(M_1) = T(M_2) = T, on exprimera T en fonction des données μ, Q, v, p et A.
Figure 4 - Lance à incendie
Le tuyau est terminé par une lance qui modifie la vitesse de l'écoulement. La valeur de la tension précédente ne permet pas à la lance d'être en équilibre et le pompier doit exercer une force F⃗ sur cette dernière. On note v_s→ = v_s t_s ˆ la vitesse d'éjection, supposée colinéaire au tuyau. L'aire de la section avant la lance est toujours A alors que celle en sortie de la lance est A_s souvent plus petite que A.
  • □- 5. Exprimer v_s en fonction de v et des données.
    Déterminer l'expression de F⃗ en fonction de μ, Q et v_s→
    Le pompier doit-il pousser ou tirer sur la lance?
  • □- 6. Exprimer la composante F_(eau) de la résultante F⃗_(eau) = F_(eau)t_s ˆ des actions exercées par l'eau sur la lance en fonction de T et de F
    On suppose qu'entre l'entrée et la sortie de la lance l'écoulement est parfait, stationnaire, incompressible et homogène
  • □- 7. Exprimer la relation de Bernoulli entre l'entrée et la sortie de la lance.
    Montrer que la tension s'écrit T = 1/2μQ^2 1/Ak_1 avec k_1 un coefficient que l'on exprimera en fonction du rapport A/A_s.
    En déduire que F_(eau) = 1/2μQ^2 1/Ak_2 avec k_2 un coefficient que l'on exprimera en fonction du rapport A/A_s.
    Dans quel sens est dirigée l'action de l'eau sur la lance? Comparer T et F_(eau)
On considère une lance à incendie dont la section du tuyau est A = 10 × 10^(− 3) m^2 et la section de sortie de la lance est A_s = 0, 5 × 10^(− 3) m^2 avec un débit d'utilisation Q = 600 litres par minute.
□ - 8. Evaluer numériquement F_(eau) et F.

III Jet d'eau vertical

On souhaite réaliser un jet d'eau vertical le plus haut possible. Pour cela, l'expérience courante utilisant un tuyau d'arrosage montre qu'il est souvent efficace de rétrécir la section de sortie du tuyau pour avoir un jet plus élevé. On modélise l'expérience selon les paramètres définis sur la figure 5.
Figure 5 - Jet d'eau vertical
Le réseau fournit l'eau avec une surpression p_0 (pression supplémentaire par rapport à la pression atmosphérique) et une vitesse négligeable. Cette surpression est constante, indépendante du débit d'eau fourni. Le tuyau connecté au réseau est horizontal, de diamètre D. Au bout du tuyau, on assimile le rétrécissement à un trou circulaire, dirigé verticalement, de diamètre d < D. La vitesse du fluide au sein de la conduite est supposée uniforme et horizontale, notée v⃗ = veˆ_x. La vitesse en sortie du rétrécissement est supposée uniforme et purement verticale, notée v⃗_s = v_s eˆ_z. On note h la hauteur atteinte par le jet par rapport à la sortie du tuyau. On néglige les frottements de l'air et on suppose le fluide parfait.
□ - 9. Exprimer h en fonction de v_s et des données.
On suppose applicable le théorème de Bernoulli entre le réseau de distribution et la sortie du tuyau. La vitesse de sortie est alors telle que v_s = v_(s, m) et la hauteur maximale du jet est h = h_m.
□ - 10. Exprimer v_(s, m) en fonction de la surpression p_0 et des données.
En déduire h_m sous ces hypothèses. Cette hauteur est-elle modifiée si l'on rétrécit la sortie?
Evaluer numériquement h_m si la surpression p_0 vaut 3 bar, on conservera cette valeur dans la suite de cette partie.
On prend maintenant en compte les pertes de charge dans la conduite et le rétrécissement. Quand de l'eau s'écoule dans une conduite horizontale, la surpression en amont p_1 est supérieure à la surpression en aval p_2. La chute de pression pour une conduite de longueur L, de diamètre D, parcourue par un fluide de vitesse uniforme v, obéit à la loi de Darcy-Weisbach :
p_1 − p_2 = 1/2μv^2 L/Df
où f est un paramètre sans dimension appelée coefficient de perte de charge.
  • □- 11. Indiquez deux nombres sans dimension dont dépend f.
    Donner le nom d'une représentation graphique de f en fonction de deux nombres sans dimension.
    Par un bilan d'énergie mécanique, exprimer la puissance mécanique P_(dis) dissipée sous l'effet des forces de viscosité au sein du fluide en fonction du débit Q et de l'écart de pression p_1 − p_2.
    Au niveau du rétrécissement (passage du diamètre D au diamètre d ), il y a aussi une chute de pression appelée perte de charge singulière, qui s'écrit p_D − p_d = 1/2μv_s^2 K avec K un coefficient sans dimension qui dépend des diamètres d'entrée et de sortie, de la rugosité du matériau et de la viscosité du fluide. On considère le fluide compris à l'instant t entre la connexion au réseau de distribution (surpression p_0 et vitesse quasi nulle) et la sortie du rétrécissement (pas de surpression et vitesse v_s ). On néglige les pertes d'énergie mécanique au niveau de la connexion entre le réseau et le tuyau si bien que le théorème de Bernoulli est applicable sur cette portion.
  • □- 12. Exprimer v_s en fonction de v_(s, m), f, K et des rapports L/D et d/D. On vérifiera la cohérence du résultat lorsque l'on néglige toutes les pertes.
    Exprimer h en fonction de h_m, f, K et des rapports L/D et d/D.
    Est-il possible d'avoir un jet plus haut que h_m ?
    Pour obtenir la vitesse, la relation précédente est en réalité une équation implicite car les coefficients f et K dépendent entre autres de la vitesse d'écoulement du fluide. On va donc se contenter d'une estimation grossière en prenant K = 0, 5 et f = 0, 02. Le tuyau a une longueur L = 25 m et un diamètre D = 2, 5 cm. Le diamètre du rétrécissement est d = 1 mm.
  • □- 13. Déterminer numériquement les valeurs de h, v et v_s avec et sans le rétrécissement. On présentera ses résultats en les rassemblant dans un tableau.
    Expliquer simplement en une phrase la raison pour laquelle il est possible d'augmenter la hauteur du jet en rétrécissant le diamètre de sortie.

IV Instabilité de Rayleigh-Plateau

IV.A Modèle

L'expérience courante montre que très rapidement, un jet cylindrique n'est pas stable et se fragmente spontanément en gouttes d'eau. Pour étudier cette instabilité, on se propose d'analyser le comportement d'un jet d'eau cylindrique de rayon R_0 perturbé radialement. L'analyse de Fourier nous permet de ne considérer dans un premier temps qu'une perturbation sinusoïdale. Le rayon du jet d'eau (cf. figure 6) sera de la forme : r(z) = R + εsin(kz). L'amplitude ε est supposée petite devant le rayon R mais aussi devant la longueur d'onde λ = 2π/k de la perturbation. À priori le rayon R est différent du rayon R_0 avant perturbation, il sera évalué à la question 15.
Par suite de l'existence d'une interface entre l'eau et l'air, la pression au sein du liquide est différente de la pression atmosphérique dans l'air. La loi de Laplace (que l'on admettra) permet de calculer l'écart de pression : P_(int) − P_(ext) = α(1/(R_1) − 1/(R_2)) avec R_1 et R_2 les rayons
Figure 6 - Oscillations du jet
de courbure principaux de la surface. La constante α est appelée tension superficielle.
Dans le cas qui nous intéresse, on donne les expressions des courbures principales :
1/(R_1) = 1/(r(z)[1 + ((dr)/(dz))^2]^(1/2)) et 1/(R_2) = ((d^2 r)/(dz^2))/([1 + ((dr)/(dz))^2]^(3/2))
□ - 14. Quelle est l'unité de la tension superficielle?
On considère une tranche de fluide comprise entre − λ/2 et λ/2. On note S sa surface latérale. L'analyse dimensionnelle précédente permet de montrer que l'énergie potentielle de cette tranche s'écrit simplement E_p = αS.
□ - 15. En utilisant la conservation du volume appliquée à la tranche comprise entre − λ/2 et λ/2, exprimer R en fonction de R_0 et de ε en se limitant au second ordre en ε/R_0.
On rappelle que la surface latérale d'une tranche de fluide comprise entre − λ/2 et λ/2 s'exprime par l'intégrale
S = ∫_(− λ/2)^(λ/2)2πr(z)√(1 + ((dr)/(dz))^2)dz
□ - 16. Toujours en se limitant au second ordre en ε, montrer que S = 2πR_0 λ(1 + γε^2) où γ est un coefficient que l'on exprimera en fonction de k et de R_0.
En déduire que la perturbation n'est stable que si la longueur λ est inférieure à une longueur d'onde limite λ_ℓ que l'on exprimera en fonction de R_0.
On peut comprendre le résultat précédent en effectuant un bilan de pression dans lequel on pourra se limiter au premier ordre en ε et prendre R = R_0 à cet ordre d'approximation. Pour que le système soit stable, une condition nécessaire est que l'écart de pression au sein du fluide ait un effet modérateur et tende à réduire la déformation en ramenant le fluide des régions ou le rayon est plus grand vers celles ou le rayon est plus petit.
□ - 17. Exprimer au premier ordre en ε, l'écart de pression ΔP = P_(int) − P_(atm) entre l'intérieur et l'extérieur du jet en fonction de R_0, k, z, γ, α et ε.
Retrouver alors la condition de stabilité obtenue à la question précédente.
□ - 18. En se contentant d'une analyse dimensionnelle, exprimer le temps typique τ_h pour que le jet se brise en fonction des paramètres μ, R_0 et α.
La condition obtenue à la question 16 est simplement une condition nécessaire de stabilité. Pour aller plus loin, il faudrait une étude dynamique faisant intervenir les équations de la mécanique des fluides. Nous allons ici nous contenter d'une approche simplifiée moins rigoureuse.
On suppose encore une perturbation de la surface de la forme r(z) = R + εsin(kz) avec ε une fonction du temps. On se limitera encore au premier ordre en ε, et dans ce cadre, on a encore R = R_0.
Considérons la tranche de fluide comprise entre les cotes z = − λ/4 et z = + λ/4. Par suite de la déformation de la surface, son centre d'inertie est à la cote z_G non nulle.
□ - 19. En se limitant au premier ordre en ε, montrer que z_G = σλε/R_0 où σ est un facteur purement numérique que l'on déterminera.
Pour la suite, on considèrera ce facteur σ comme une donnée, même si l'on n'est pas parvenu à le déterminer. Très grossièrement, on traite la tranche considérée comme un système fermé et l'on suppose que l'accélération du centre de gravité est liée à l'écart de pression entre les deux extrémités.
  • □- 20. En appliquant la relation fondamentale au centre de gravité de la tranche, obtenir une équation différentielle du second ordre vérifiée par ε(t).
    Discuter de la forme des solutions suivant les valeurs de k et retrouver la conclusion de la question 16.
    Dans le cas instable, montrer que l'amplitude ε diverge comme exp(+ t/τ_k) et déterminer le temps caractéristique τ_k en fonction de ξ = kR_0 et du temps typique τ_h obtenu par analyse dimensionnelle à la question 18.
    Déterminer l'expression τ_(min) de la plus petite valeur possible pour τ_k ainsi que l'expression de la longueur d'onde λ_c associée à ce temps minimal.
  • □- 21. Expliquer pourquoi il est raisonnable de supposer que le jet se coupe en fractions de longueur λ_c.
    En se limitant au cas où se forment une succession de gouttes sphériques, déterminer le rayon de ces gouttes en fonction du rayon R_0 du jet cylindrique initial.
    Pour une longueur λ_c de jet, comparer la surface de l'interface eau/air avant et après l'instabilité dans le cadre du modèle étudié. Commenter le résultat.

IV.B Expérience

Un jet vertical orienté vers le bas sort d'un orifice avec une vitesse de 1 m ⋅ s^(− 1) et un diamètre de 4 mm.
Sur la hauteur d'observation, on néglige l'augmentation de vitesse liée à la chute.
Expérimentalement, il est facile de voir que le jet sort bien lisse de l'orifice puis prend un aspect trouble car il se fragmente en gouttes à partir d'une distance de l'orifice. On ressent facilement cette fragmentation en plaçant sa main dans le liquide. Les chocs des gouttes dans l'évier correspondent à une fréquence sonore.
On donne la tension superficielle de l'eau α = 7, 2 × 10^(− 2)SI. On prend 10τ_h comme temps caractéristique de brisure du jet.
Figure 7 - Jet vertical
  • □- 22. Déterminer numériquement la distance de l'orifice à partir de laquelle le jet se sectionne en gouttes.
    Calculer la fréquence des chocs sur l'évier.

FIN DE L'ÉPREUVE


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Questions fréquentes

4 questions
Sur quels chapitres porte le sujet Mines physique 1 PSI 2026 ?
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Sur quels chapitres porte le sujet Mines physique 1 PSI 2026 ?

Le sujet porte sur la mécanique des fluides : bilans pour un système ouvert, relations de Bernoulli, pertes de charge dans une conduite et, en fin de sujet, tension superficielle d'un jet d'eau.

Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées en Mines physique 1 PSI 2026 ?

Le jury cite des systèmes fermés mal définis, des sens de force affirmés sans calcul vectoriel, des ordres de grandeur aberrants laissés sans commentaire et une prise en compte très difficile des pertes de charge.

Le sujet Mines physique 1 PSI 2026 était-il difficile ?

Plusieurs questions étaient difficiles et la partie IV a été peu abordée. Même les trois premières questions, proches du cours, n'ont reçu en moyenne que 60 % des points prévus.

Faut-il traiter beaucoup de questions en Mines physique 1 PSI 2026 ?

Non : le jury constate pratiquement aucune corrélation entre le nombre de questions abordées et la note. Il recommande de rédiger complètement un nombre raisonnable de questions dans l'ordre de l'énoncé.

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