Mines Physique 2 PSI 2006Sujet, corrigé et rapport du jury
- Acoustique et approximation acoustique
- Mécanique des fluides parfaits (incompressible et compressible)
- Équation de propagation des ondes
- Thermodynamique (transformations isentropiques)
- Oscillateurs couplés et amortissement
Téléchargements
Présentation du sujet
AccessibleLe chant des bulles : oscillations acoustiques de bulles d'air dans l'eauAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
AccessibleLe problème étudie diverses propriétés liées aux bulles d'air dans l'eau. Il aborde la propagation du son dans l'air puis l'oscillation d'une bulle d'air, avant d'étudier ces oscillations dans un fluide parfait incompressible puis compressible (propagation acoustique dans l'eau), pour finir par le couplage acoustique entre deux bulles.
- 1Partie I : évolution de l'air contenu dans une bulleÉtablir les équations de propagation du son dans l'air, puis étudier les oscillations isentropiques d'une bulle d'air sphérique.
- 2Partie II.1 : oscillations dans un fluide parfait incompressibleÉtudier la vitesse et la pression au voisinage d'une bulle en modélisant l'eau comme un fluide parfait incompressible.
- 3Partie II.2 : propagation d'ondes acoustiques dans l'eauModéliser l'eau comme un fluide parfait compressible et établir l'équation d'onde satisfaite par la pression, avec retard de propagation.
- 4Partie III : couplage acoustique de bullesÉtudier le couplage acoustique entre deux bulles d'air oscillant dans l'eau, en tenant compte du retard de propagation.
Accessible. Le rapport indique que l'épreuve était très bien dimensionnée en temps et en difficultés, la fourniture de résultats intermédiaires par l'énoncé ayant permis à de nombreux candidats d'aborder l'ensemble des questions.
Ce qu'a observé le jury
4 erreurs relevéesConfusion entre pression de l'eau et pression dans la bulle · Comparaison de grandeurs non homogènes · Confusion entre pulsation et périodeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
4 erreurs relevéesLe comportement des candidats est convenable, avec des disparités de niveau importantes. C'est un sujet sur lequel les candidats ont pu pleinement exprimer leurs qualités et leurs connaissances, la première partie étant globalement bien traitée.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Confusion entre pression de l'eau et pression dans la bulleQ5
Les confusions entre pression uniforme de l'eau autour de la bulle et pression au sein de la bulle sont très fréquentes.
- 2Comparaison de grandeurs non homogènesQ5
Il est impératif, avant toute approximation, de comparer entre elles deux grandeurs homogènes, comme le rayon R et la longueur d'onde.
- 3Confusion entre pulsation et périodeQ11, Q19
De nombreux candidats ont perdu des points en confondant à nouveau pulsation et période, ou en ne sachant pas identifier un coefficient d'amortissement dans une équation du second ordre.
- 4Manque d'attention aux unitésQ19
La question 19 a été particulièrement mal traitée, notamment par manque d'attention portée aux unités.
Ce qui a été bien réussi
- La première partie sur la propagation du son dans l'air est globalement bien traitée.
- L'application de la relation de Laplace a permis au plus grand nombre d'obtenir la relation demandée à la question 6.
- Une forte majorité de candidats a repris correctement le fil du problème jusqu'à la question 18.
Conseils du jury
- Éviter toute précipitation excessive dans les calculs, qui se traduit par des copies illisibles et une rédaction laconique.
- Mettre clairement en lumière les étapes du raisonnement lorsque la relation à établir est fournie par l'énoncé.
- Utiliser son esprit d'analyse pour les questions qualitatives afin d'exploiter au mieux les résultats des calculs précédents.
- Toujours comparer des grandeurs homogènes avant de justifier une approximation.
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 2006 PHYS. II PSI
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)
SECONDE ÉPREUVE DE PHYSIQUE
Filière PSI
(Durée de l'épreuve : 4 heures)
L'usage de la calculette est autorisé
Sujet mis à disposition des concours : ENSTIM, INT, TPE-EIVP
Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie :
PHYSIQUE II -PSI
- 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 (gras) ; norme du vecteurV → V (italique) ; vecteur unitaire→ a^ .
LE CHANT DES BULLES
Partie I Évolution de l'air contenu dans une bulle
I-1 Propagation du son dans l'air
Hypothèses et notations
miques
I-2 Étude d'une bulle d'air
Partie II Oscillations d'une bulle d'air dans l'eau
II-1 Oscillations dans un fluide parfait incompressible
10 - Toujours sous l'hypothèse
volume ou de pression?
II-2 Propagation d'ondes acoustiques dans l'eau
négligeable. Exprimer sous cette hypothèse la continuité de la pression à la surface de séparation de la bulle d'air et de l'eau. En déduire l'équation d'évolution de

(extrait de Passive acoustic bubble sizing in sparged systems, R. Menasseh et al., Mai 2000).
Partie III Couplage acoustique de bulles
Introduction à la partie III
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III-1 Étude théorique du couplage

- 21 - Le dispositif expérimental (Fig. 3) est agencé pour produire des oscillations symétriques des bulles. Déterminer dans ce cas la pseudo-période des oscillations amorties; on supposera bien entendu satisfaite l'inégalité
Γ≪1 (cf. question 19). Comparer le coefficient d'amortissement du mode symétrique à celui d'une bulle unique.
22-Étudier les pulsations et l'amortissement du système pour le mode antisymétrique.
◻23 - On suppose maintenant que l'excitation est quelconque; les modes ne sont ni symétriques ni antisymétriques ; quel est le comportement du système aux temps très longs (on ne manquera pas de préciser le sens de temps très long) ?
III-2 Discussion du couplage

Fin de l'énoncé
sphériques de centre O et d'axe
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Fin du problème

Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique 2 Mines PSI 2006 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique 2 Mines PSI 2006 ?
Le sujet porte sur l'acoustique, la mécanique des fluides parfaits (incompressible et compressible), l'équation de propagation des ondes et les oscillateurs couplés, à travers l'étude des bulles d'air dans l'eau.
Le sujet de physique 2 Mines PSI 2006 est-il difficile ?
Le rapport le décrit comme bien dimensionné en temps et en difficultés, avec des résultats intermédiaires fournis qui ont permis à de nombreux candidats d'aborder l'ensemble des questions.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet de physique 2 Mines PSI 2006 ?
Le jury signale une confusion fréquente entre la pression de l'eau et celle de la bulle, une comparaison de grandeurs non homogènes, et une confusion récurrente entre pulsation et période.
Ce sujet de physique 2 Mines PSI 2006 est-il progressif ?
Oui, les parties s'enchaînent logiquement, le rapport notant que la réussite de certaines questions conditionne directement celle des questions suivantes.
Pas de description pour le moment
