CONCOURS DE RECRUTEMENT D'ÉLÈVES PILOTE DE LIGNE

ÉPREUVE DE PHYSIQUE

Durée: 2 Heures Coefficient : 1

• 1 page de garde (recto),
• 2 pages (recto-verso) d'instructions pour remplir le QCM,
• 1 page d'avertissement (recto)
• 8 pages de texte (recto-verso).

ÉPREUVE DE PHYSIQUE

A LIRE TRÈS ATTENTIVEMENT

ATTENTION, IL NE VOUS EST DÉLIVRÉ QU'UN SEUL QCM

1. Vous devez coller dans la partie droite prévue à cet effet, l'étiquette correspondant à l'épreuve que vous passez, c'est-à-dire épreuve de physique (voir modèle ci-dessous).

POSITIONNEMENT DES ÉTIQUETTES

EXEMPLES:

2) Pour remplir ce QCM, vous devez utiliser un STYLO BILLE ou une POINTE FEUTRE de couleur NOIRE et ATTENTION vous devez noircir complètement la case en vue de la bonne lecture optique de votre QCM.
3) Utilisez le sujet comme brouillon et ne retranscrivez vos réponses qu'après vous être relu soigneusement.
4) Votre QCM ne doit pas être souillé, froissé, plié, écorné ou porter des inscriptions superflues, sous peine d'être rejeté par la machine et de ne pas être corrigé.
5) Cette épreuve comporte 36 questions, certaines, de numéros consécutifs, sont liées. La liste des questions est donnée au début du texte du sujet.
Chaque candidat devra choisir au plus 24 questions parmi les 36 proposées.
Il est inutile de répondre à plus de 24 questions : la machine à lecture optique lira les réponses en séquence en partant de la ligne 1 , et s'arrêtera de lire lorsqu'elle aura détecté des réponses à 24 questions, quelle que soit la valeur de ces réponses.

Chaque question comporte au plus deux réponses exactes.

6. A chaque question numérotée entre 1 et 36 , correspond sur la feuille-réponses une ligne de cases qui porte le même numéro (les lignes de 37 à 100 sont neutralisées). Chaque ligne comporte 5 cases A, B, C, D, E.
   Pour chaque ligne numérotée de 1 à 36 , vous vous trouvez en face de 4 possibilités :
   soit vous décidez de ne pas traiter cette question,
   la ligne correspondante doit rester vierge.
   soit vous jugez que la question comporte une seule bonne réponse, vous devez noircir l'une des cases .

• soit vous jugez que la question comporte deux réponses exactes, vous devez noircir deux des cases et deux seulement.
• soit vous jugez qu'aucune des réponses proposées n'est bonne, vous devez alors noircir la case .

7) EXEMPLES DE RÉPONSES

Exemple III: Question 3 :

Vous marquerez sur la feuille réponse :

QUESTIONS LIEES

1. Rappeler les formules de conjugaison de Descartes et de Newton pour une lentille mince de centre de distance focale image donnant d'un objet une image .
   A)
   B)
   C)
   D)
2. Un objectif simple d'appareil photographique est constitué d'une lentille mince convergente unique de centre et de focale . Le sujet photographié est la tour Eiffel culminant à une hauteur du sol et située à une distance du photographe très grande devant . Déterminer la distance entre la lentille et la pellicule pour que la photographie soit nette et déterminer la hauteur de l'image de la tour Eiffel sur la pellicule.
   A)
   B)
   C)
   D)
3. L'objet photographié est maintenant à la distance de l'objectif. Pour que l'image soit nette il faut modifier la distance pellicule-lentille par rapport à la photographie d'un objet à l'infini. Déterminer la distance dont il faut déplacer la pellicule par rapport au réglage pour la photographie d'un objet à l'infini. La distance lentille-pellicule a-t-elle augmenté ou diminué?
   A)
   B) La distance lentille-pellicule a augmenté.
   C)
   D) La distance lentille-pellicule a diminué.
4. Un objectif de meilleure qualité est obtenu en ajoutant une lentille mince de centre et de distance focale image à la distance de . Soit l'image par ce nouvel objectif d'un point objet à l'infini sur l'axe optique. Déterminer la position de .
   A)
   B)
   C)
   D)
5. L'objet photographié est à nouveau la tour Eiffel à la distance . Déterminer la taille et le sens de l'image sur la pellicule.
   A)
   C)
   ) L'image est droite.
   D) L'image est renversée.
6. Le photographe enlève l'objectif de son appareil photo (l'ensemble et distantes de ) et regarde au travers en plaçant son œil du côté de . Déterminer la position du point objet qu'il voit net sans accommoder (vision nette à l'infini).
   A)
   B)
   C)
   D)
7. On place dans un cristallisoir trois billes, de rayon , reliées entre elles par des fils de longueur (cf. figure). La première est en verre de densité , la seconde en bois de densité ct la troisième en polystyrène de densité
   

   

On introduit de l'eau dans le verre jusqu'à une hauteur de au-dessus du fond. On note la norme du champ de pesanteur, la masse volumique de l'eau et le volume de chaque bille. Choisir la ou les affirmations exactes:
A) la poussée d'Archimède exercée par un fluide sur un solide est l'opposé du poids du fluide déplacé et s'applique au centre de gravité du solide.
B) la pression est une force normale à la surface en contact avec le fluide.
C) seule la bille de polystyrène ne touche plus le fond du verre.
D) seule la bille de verre touche encore le fond du verre.
8. On ajoute de l'eau dans le verre jusqu'à une hauteur . Déterminer la norme de la tension des fils entre, d'une part, la bille de bois et celle de verre ( ) et, d'autre part, entre la bille de bois et celle de polystyrène ( ).
A)
B)
C)
D)
9. On ajoute de l'eau dans le verre jusqu'à une hauteur . Déterminer la nouvelle expression de la norme de la tension du fil entre la bille de bois et la bille de verre ( ), puis déterminer la force exercée par le fond du cristallisoir sur la bille de verre.
A)
B)
C)
D)
10. Pour une hauteur d'eau , quelle doit être la valeur maximale de la densité du polystyrène pour que la bille de verre ne touche plus le fond?
A) Quelle que soit , la bille de verre touche le fond.
B)
C)
D)
11. Dans le cas où , déterminer le pourcentage noté du volume de la bille de polystyrène émergée ainsi que la norme de la tension du fil entre la bille de polystyrène et la bille de bois ( ).
A)
B)
C)
D)
12. Toujours dans le cas où , on vide le verre et on recommence l'expérience en introduisant d'eau et d'huile de densité . A partir de quelle valeur de la densité de l'huile, la bille de verre ne touche-t-elle plus le fond?
A)
B)
C)
D) Quelle que soit , la bille de verre ne touche pas le fond.
13. On étudie un doublet de charges composé d'une charge placée au point et d'une charge placée au point . Ces deux charges sont disposées sur un axe et leurs coordonnées sont respectivement et . Un point de l'espace est repéré en coordonnées sphériques ( ) et se situe loin des charges : (cf. figure).

A)

C)

B)

D)

18. On ajoute, dans la zone de l'espace où se situe le doublet, un champ électrique uniforme avec . Quel est l'effet de ce champ électrique sur le doublet?
    A) Il provoque une rotation du doublet centrée en jusqu'à ce que la charge soit sur le demi-axe .
    B) Il provoque une rotation du doublet centrée en jusqu'à ce que la charge soit sur le demi-axe .
    C) Il provoque un déplacement du doublet dans la direction définie par .
    D) Il provoque un déplacement du doublet dans la direction définie par .
19. Dans le circuit ci-dessous (cf. figure), le condensateur est initialement chargé et porte une charge . A l'instant pris comme origine des temps, on ferme l'interrupteur .
    

    

Donner l'expression de et .
A)
B)
C)
D)
20. Calculer la durée nécessaire pour que , sachant que et .
A)
B)
C)
D)
21. Calculer l'énergie fournie par le générateur au cours du régime transitoire. En déduire le rendement de cette charge défini par le rapport entre l'énergie reçue par le condensateur et .
A)
B)
C)
D)
22. La résistance interne du générateur, qui n'est pas négligeable, est prise en compte pour la suite des questions. Elle est notée (cf. figure). Les conditions initiales ne sont pas modifiées.

Établir l'équation différentielle vérifiée par l'intensité .
A)
B)
C)
D)
23. Donner la condition initiale sur .
A)
B)
C)
D)
24. Le générateur est remplacé par un générateur sinusoïdal de f.e.m et de résistance interne . L'interrupteur est maintenu en position fermée. La tension de sortie est mesurée aux bornes de la résistance et la fonction de transfert de ce filtre est, en notations complexes, . Déterminer la nature de ce filtre et sa pulsation de coupure :
A) passe-haut
B) passe-bas
C)
D)
25. Une bille de masse , peut se déplacer sur un plan incliné d'un angle par rapport à l'horizontale (cf. figure). Elle est mise en mouvement à l'aide d'un ressort de constante de raideur et de longueur à vide . En haut du plan incliné se trouve un autre ressort de constante de raideur et de même longueur à vide . On donne la longueur et on désigne par le champ de pesanteur terrestre. L'origine des énergies potentielles de pesanteur est prise en . Les ressorts sont de masse négligeable.

Déterminer la longueur du ressort , notée , correspondant à un équilibre de la bille.
A)
B)
C)
D)
26. On déplace la bille d'une distance . Déterminer la période des petites oscillations qui ont alors lieu autour de la position d'équilibre précédente.
A)
B)
C)
D)
27. On comprime le ressort jusqu'à ce que sa longueur soit . Après avoir lâché la bille sans vitesse initiale, on constate qu'elle atteint le point avec une vitesse nulle. On néglige les frottements entre la bille et le plan incliné. En déduire l'expression de .
A)
B)
C)
D)
28. Déterminer la longueur critique du ressort au moment où le contact entre la bille et cesse, puis la durée de contact entre la bille et le ressort .
A)
B)
C)
D)
29. Au cours d'une deuxième expérience, on comprime le ressort jusqu'à une longueur initiale et on libère l'ensemble sans vitesse initiale. La bille monte alors jusqu'à un point qu'elle atteint sans vitesse. Ce point se situe entre et et . Déterminer l'énergie mécanique de la bille lors de son passage en et la constante de raideur du ressort .
A)
B)
C)
D)
30. On accroche la bille aux deux ressorts. Déterminer la longueur des deux ressorts à l'équilibre, et .
A)
B)
C)
D)
31. Nous allons étudier une machine frigorifique ditherme qui suit le cycle de Brayton inversé formé de deux adiabatiques et de deux isobares. Il est décrit par moles d'air qui est assimilé à un gaz parfait diatomique. On note le rapport des capacités thermiques à pression et volume constants de l'air. On désigne par la constante des gaz parfaits. La première étape entre l'état et l'état est une compression adiabatique réversible qui fait passer le gaz de la pression bar à la pression bar et de la température à la température . La deuxième étape est un refroidissement isobare jusqu'à l'état caractérisé par . La troisième étape amène, par une détente adiabatique réversible, le gaz jusqu'à l'état dont la température est notée et la pression . Enfin, la dernière transformation ramène le gaz à l'état de manière isobare. Identifier le tracé du cycle dans les diagrammes de Clapeyron et entropique.
A)

C)

B)

D)

32. Déterminer l'expression de et de .
A)
B)
C)
D)
33. Pour les transformations 2 et 4 , exprimer les chaleurs associés, et , en fonction des températures des différents états.
A)
B)
C)
D)
34. Calculer l'efficacité de la machine frigorifique.
A)
B)
C)
D)
35. On souhaite comparer l'efficacité de ce cycle à celle du cycle de Carnot inversé . Établir l'expression de après avoir déterminé les températures et qu'il faut prendre respectivement pour la source chaude et la source froide.
A) et
B) et
C)
D)
36. Calculer l'entropie créée sur un cycle en fonction des températures et des sources chaude et froide.
A)
B) .
C) .
D) .