Mines Physique 2 PC 2010Sujet, corrigé et rapport du jury
- Statique des fluides, y compris en référentiel non galiléen
- Dynamique des fluides parfaits : équation d'Euler et relation de Bernoulli
- Bilans de quantité de mouvement et d'énergie pour un système ouvert
- Écoulements quasi stationnaires : vidange d'un réservoir
- Mécanique du point : trajectoire parabolique
- Gaz parfait et vitesse du son
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Présentation du sujet
AccessibleLutte contre les incendies de forêts : véhicule citerne tout terrain et bombardier d'eau CanadairAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
AccessibleLa seconde épreuve de physique Mines-Ponts PC 2010 étudie deux moyens de lutte contre les feux de forêt. La première partie traite du réservoir d'un véhicule de patrouille (statique, vidange, lance à incendie), la seconde de l'écopage et de l'aérodynamique d'un bombardier d'eau. Le jury souligne que le sujet repose surtout sur la mécanique des fluides.
- 1Partie I.A : étude du réservoirForces de pression sur les parois, centre de poussée et surfaces isobares dans un réservoir en accélération.
- 2Partie I.B : vidange du réservoirVidange avec bouchon fermé (gaz parfait), régime transitoire par l'équation d'Euler puis temps de vidange en régime quasi stationnaire.
- 3Partie I.C : fonctionnement de la lance à incendiePuissance de la motopompe par bilan d'énergie, force sur l'embout par bilan de quantité de mouvement et portée du jet.
- 4Partie II : la lutte aérienneÉcopage par bilan de quantité de mouvement, portance et traînée d'une aile, finesse, vitesse du son et estimation du nombre de rotations d'une mission.
Accessible. Le jury qualifie la longueur de raisonnable, note la proximité des questions avec le cours et indique qu'on pouvait espérer de meilleurs résultats.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesDéfinitions de cours imprécises · Statique des fluides mal maîtrisée · Démonstrations guidées sans rigueurAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet s'appuie sur une partie restreinte du programme, surtout la statique et la dynamique des fluides. Bien maîtriser la statique, la relation de Bernoulli et les bilans de quantité de mouvement et d'énergie suffisait pour obtenir une très bonne note. La plupart des candidats ont abordé la majorité des questions, mais les résultats restent en deçà de ce que la proximité avec le cours laissait espérer.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Définitions de cours imprécisesQ1
Les notions de système ouvert et fermé surprennent, et les conditions d'application de la relation de Bernoulli sont mal connues.
- 2Statique des fluides mal maîtriséeQ3, Q4, Q5
Il fallait ne considérer que la surpression de l'eau et mener réellement le calcul du centre de poussée, pas le citer de mémoire. En référentiel accéléré, un bilan global des forces était plus rapide que paroi par paroi.
« Beaucoup d'étudiants ont compliqué les choses en déterminant la force qui s'exerçait sur chaque paroi »
- 3Démonstrations guidées sans rigueurQ8, Q9, Q12
Quand le résultat est donné, le jury évalue chaque étape du raisonnement. Les approximations doivent être justifiées, par exemple la faible section du tuyau de vidange.
« Ces candidats peu scrupuleux ont été sanctionnés »
- 4Vitesse de vidange supposée constanteQ11
Le temps de vidange en régime quasi stationnaire est souvent faux car la vitesse d'écoulement est prise constante.
« Peu de réponses et très souvent erronées »
- 5Bilans de quantité de mouvement incompletsQ14, Q18
Le bilan sur l'embout de la lance aboutit rarement, et pour l'écopage beaucoup oublient la nature vectorielle de la relation ou le recours à Bernoulli pour égaliser les sections.
« de nombreux candidats oublient qu'il s'agit d'une relation vectorielle »
- 6Angle de 45° appliqué sans réfléchirQ16
La portée maximale ne correspond pas à 45° car les altitudes de départ et d'arrivée diffèrent ; très peu de candidats obtiennent le bon résultat.
Ce qui a été bien réussi
- Le calcul de la hauteur d'eau après remplissage (question 2) est très majoritairement effectué.
- La trajectoire du jet (question 15), les applications numériques de lecture (questions 17 et 26) et la question de bon sens finale (question 27) sont souvent réussies.
- Les candidats à l'aise avec la différentielle logarithmique retrouvent facilement la vitesse du son (question 24).
Conseils du jury
- Savoir établir la relation de Bernoulli par intégration de l'équation d'Euler et en connaître les conditions d'application.
- Travailler les bilans de quantité de mouvement et d'énergie au delà d'un simple formulaire.
- Lire l'énoncé en entier : des calculs simples et des questions de bon sens permettent de gagner des points.
- Choisir des approximations justifiées sans les rendre trop grossières, par exemple garder le dénivelé dans le bilan d'énergie de la lance.
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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ÉCOLE DES PONTS PARISTECH SUPAERO (ISAE), ENSTA PARISTECH, TELECOM PARISTECH, MINES PARISTECH, MINES DE SAINT-ÉTIENNE, MINES DE NANCY, TÉLÉCOM BRETAGNE, ENSAE PARISTECH (FILIÈRE MP) ÉCOLE POLYTECHNIQUE (FILIÈRE TSI)
SECONDE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie :
PHYSIQUE II - PC.
L'énoncé de cette épreuve comporte 7 pages.
- Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il est invité à le signaler sur sa copie et à poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il aura été 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. La barème tiendra compte de ces initiatives ainsi que des qualités de rédaction de la copie.
LUTTE CONTRE LES INCENDIES DE FORÊTS
Les départements les plus touchés sont les 15 départements du Sud Est avec 25600 hectares brûlés en moyenne par an (jusqu'à 62000 hectares détruits en 2003 !). On y recense 2450 départs de feu chaque année en moyenne, mais heureusement,
On se propose dans ce problème de découvrir de façon simple deux moyens de lutte contre les incendies de forêt. La première partie permet de mettre en évidence les possibilités des véhicules de patrouille tout terrain, armés pour intervenir sur les départs de feu. Ces véhicules sont parfois appelés véhicules Dangel. La deuxième partie aborde de façon sommaire les possibilités des avions bombardiers d'eau de type Canadair.
Dans tout le problème, l'eau sera considérée comme un liquide non visqueux, homogène, incompressible, de masse volumique
I. - La lutte au sol
départs de feu. Pour cela, ils sont équipés d'une citerne, réservoir d'eau supposé parallélépipédique à base carrée, indéformable et posé sur le plateau arrière horizontal du véhicule. La hauteur de ce réservoir est
I.A. - Étude du réservoir

- 1 - Donner la définition d'une particule fluide, en précisant ses dimensions typiques. À quelle échelle d'étude se situe-t-elle? Quel est son intérêt? Qu'appelle-t-on en mécanique des fluides, un système ouvert, un système fermé ? Comment se nomment les représentations associées ? Rappeler les conditions d'application de la relation de Bernoulli.
◻2 - Le réservoir, initialement vide, toutes les sorties étant fermées, est partiellement rempli grâce à une borne à incendie en 1 min 29 s avec un débit moyen estimé à 6,6 litres par seconde. Déterminer la hauteurh_0 de l'eau dans le réservoir après remplissage. On négligera le volume du tuyau de vidange. On se place dans ces conditions de remplissage préalable dans toute la suite du problème. - 3 - Déterminer la résultante des forces de pression qui s’exerce sur chaque flan vertical du réservoir.
◻4 - Le centre de poussée est le point d'application de la résultante des forces de pression qui donnerait le même moment par rapport à un point donné que le moment résultant des forces élémentaires de pression par rapport à ce même point. Déterminer la hauteur du centre de poussée de cette résultante sur un flan vertical. - 5 - On suppose que le véhicule démarre avec une accélération constante
a⃗ = ae_x ˆ , sur une route horizontale d'axeOx . Déterminer les équations des surfaces isobares dans l'eau du réservoir. Calculer la valeur numérique de l'amplitude maximale de variation de hauteur de la surface libre lors d'une phase d'accélération de1 m.s^(− 2) . En négligeant la contribution de la pression atmosphériquep_0 , déterminer la résultante des forces exercées par l'eau sur le réservoir.
I.B. - Vidange du réservoir

Robinet de
I.C. - Fonctionnement de la lance à incendie
- 12 - À partir d'un bilan d'énergie, montrer que la puissance
𝒫 que doit fournir la motopompe s'écrit dans le cas général :
- 14 - À partir d'un bilan de quantité de mouvement, déterminer la force
F_e^(→−) exercée par l'eau sur l'embout conique de la lance lorsque cette dernière est horizontale. Calculer la valeur numérique du module de cette force pour le débitD_(v_(max)) obtenu à la question précédente.
On négligera la résistance de l'air et on fera l'hypothèse que le jet dont on néglige la section reste cohérent dans le plan

FIN DE LA PARTIE I
II. - La lutte aérienne
II.A. — Étude de l'écopage

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II.B. - Aérodynamique du Canadair

Le bombardier d'eau est en vol horizontal à la vitesse constante de module
-
21 - Que se passe-t-il si le pilote augmente la puissance fournie aux moteurs en gardant un angle d'incidence constant?
◻22 - Exprimer la masse volumiqueρ_0 de l'air en fonction dep_0, T_0 de sa masse molaireM_a et de la constante des gaz parfaitsR_(gp) . Calculer la valeur numérique deρ_0
◻23 - Pour un vol horizontal du bombardier d'eau à vitesse constante égale à la vitesse de croisière maximum de l'avion en pleine charge, déterminerC_z etC_x . Que vaut la finesse dans cette configuration?

II.C. - Caractéristiques de la mission
- l'approche du plan d'eau, l'écopage à la vitesse de
120 km/h et le décollage, l'ensemble nécessite une longueur d'environ 1500 m ; - les vols de transit à la vitesse de croisière de
320 km/h ; - le survol de l'incendie et le largage de l'eau à la vitesse de
195 km/h , cette opération particulière dure environ 1 minute et 30 secondes.
◻26 - La distance moyenne des feux aux plans d'eau étant de 11 km . Estimer le nombre moyen de cycles qui peuvent être effectués en 1 heure par un bombardier CL 415 et la masse d'eau déversée sur l'incendie.
◻27 - Le largage s'effectue en général entre 30 m et 50 m de hauteur. Quels peuvent être les critères qui justifient les valeurs haute et basse de cette fourchette?
FIN DE LA PARTIE II
FIN DE L'ÉPREUVE
Questions fréquentes
4 questionsQuel est le thème du sujet de physique 2 Mines PC 2010 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsQuel est le thème du sujet de physique 2 Mines PC 2010 ?
La lutte contre les incendies de forêts : réservoir et lance d'un véhicule citerne tout terrain, puis écopage et aérodynamique d'un bombardier d'eau Canadair.
Quels chapitres réviser pour le sujet Mines Physique II PC 2010 ?
Surtout la mécanique des fluides : statique des fluides, relation de Bernoulli, équation d'Euler, bilans de quantité de mouvement et d'énergie. Quelques questions de mécanique du point et de thermodynamique complètent l'énoncé.
Quelles erreurs le jury de physique Mines PC 2010 a-t-il relevées ?
Conditions de Bernoulli mal connues, forces de pression calculées paroi par paroi, vitesse de vidange supposée constante, bilans de quantité de mouvement non vectoriels et angle de 45° utilisé à tort pour la portée maximale.
Le sujet de physique Mines PC 2010 est-il difficile ?
Le jury le juge de longueur raisonnable et proche du cours. Il regrette néanmoins des résultats inférieurs à ce qu'on pouvait espérer.
Pas de description pour le moment
