Exercices sur l'introduction à la physique, Exercices de Concepts de physique
Kilian_Te
Kilian_Te29 January 2014

Exercices sur l'introduction à la physique, Exercices de Concepts de physique

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Exercices de sciences physiques sur l'introduction à la physique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le système international d’unité (SI), analyses dimensionnelles, Chiffres significatifs.
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EXERCICES : INTRODUCTION AUX COURS DE PHYSIQUE

Exercice n°1 : unités SI Transformer dans le système international d’unité (SI), en précisant de quelle type de grandeur physique il s’agit, les grandeurs suivantes : a) 23,5 µm b) 2750 kg c) 2750 g d) 456 km e) 35 km/h f) 12 ms g) 7 h 12 mn h) 35 mΩ i) 60 kV j) 350 nm k) 5 mN l) 30 l Exercice n°2 : analyses dimensionnelles Exprimer les unité suivantes à partir des unités de bases SI. a) Le Joule (J), unité, d’énergie sachant qu’un solide se déplaçant d’un distance d dans la direction d’une force F qui engendre ce déplacement reçoit l’énergie mécanique ∆W = F.d. b) Le Watt (P), sachant que la puissance est égale à l’énergie par unité de temps. c) Le rendement. Exercice n°3 : Chiffres significatifs Donner le nombre de chiffres significatifs des grandeurs suivantes : a) 12,5 b) 0,0253 c) 3,00 d) 2,0560 e) 2,0 f) 2 g) 25 h) 250 i) 250,0 j) 5000 k) 5000,0 l) 0,1 Exercice n°4 : Chiffres significatifs Voici 3 histoires : La vieille roche

Un touriste visite un musée à Washington, D.C., et regarde une vitrine contenant des roches lunaires. Une roche est hors de la vitrine pour que les gens puissent l'examiner de plus près. Un garde de sécurité se tient tout proche, sans doute au cas où la roche s'ennuierait.

« N'est-ce pas stupéfiant! » s'exclame le touriste, lisant la rubrique. « Cette roche est âgée de 7 millions d'années. » Le garde, voulant être serviable, dit : « En fait, cher visiteur, elle est âgée de 7 000 008 années. »

« Fascinant! » réplique le visiteur, et, curieux de savoir comment l'âge de la roche a pu être déterminé si précisément, il demande : « Comment savez-vous cela? »

« Eh bien, dit le garde, je travaille ici depuis longtemps. La pancarte a été placée ici il y a 8 ans, mais elle n'a jamais été changée. »

Source : Joseph Browne, Digit count : Significant Digits and calculators, Mathematics Teacher, vol. 84, no 5, mai 1991, 344.

La pollution par l'Alar

Des Coréens, apprenant les problèmes avec l'Alar, une hormone de croissance pour les plantes soupçonnée d'être cancérigène, devinrent préoccupés par la possibilité de présence d'Alar dans des pamplemousses importés des U.S.A.

Un groupe de consommateurs demanda à un laboratoire gouvernemental de tester un pamplemousse. Le laboratoire, utilisant des méthodes pouvant détecter aussi peu qu'une partie

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par million d'Alar, ne trouva pas d'Alar. Utilisant le langage standard des laboratoires, il rapporta que les résidus étaient plus petits que 0,5 ppm.

Le groupe de consommateurs organisa une protestation contre l'importation des pamplemousses en utilisant le rapport comme preuve qu'il y avait de l'Alar dans les pamplemousses.

Source : Joseph Browne, Digit count : Significant Digits and Calculators, Mathematics Teacher, vol. 84, no 5, mai 1991, 348

Le cube usiné

Un étudiant voulait produire, pour un exercice, un cube de métal devant avoir une masse de 83 grammes. Il connaissait la masse volumique du métal comme étant 8,67 grammes par centimètre cube, ce qui lui permit de calculer le volume du cube. Croyant que les chiffres significatifs furent inventés uniquement pour contrarier les étudiants et qu'ils n'ont aucune utilité réelle, il calcula le volume comme étant 9,573 centimètres cubes. Il détermina ensuite que le côté du cube devrait mesurer 2,097 cm.

Il apporta ses dimensions à l'atelier d'usinage où un de ses amis avait fait fabriquer le même type d'objet l'année précédente. Le contremaître de l'atelier lui dit : « Oui, nous pouvons l'usiner selon vos spécifications, mais ce sera cher. »

« Peu importe, répliqua l'étudiant, mais j'y tiens. » Il savait que son ami avait payé 35 $ et il avait reçu 50 $ du Cégep de Sept-Îles pour son projet.

Il revint le lendemain, s'attendant à ce que le cube soit prêt. « Désolé, dit le contremaître, nous n'avons pas fini. Revenez la semaine prochaine. » Finalement, vint le jour tant attendu et notre ami obtint son cube. Il était très lisse et brillant, et très joli dans son écrin de velours.

Le voyant, notre héros eut un pressentiment de désastre et devint un peu nerveux. Mais il rassembla son courage et demanda la facture. « 500 dollars, et ce n'est pas cher. Nous avons eu un mal terrible à le faire correctement. Nous avons dû recommencer trois fois avant de le réussir. »

« Mais... mais mon ami n'a payé que 35 dollars pour le sien l'an passé! »

« Non, il voulait un cube de 2,1 cm de côté et vous avez spécifié 2,097 cm. Votre cube a été taillé à 2,1 cm le même jour, mais c'est le meulage et le polissage de précision pour le rendre à 2,097 qui a pris tant de temps et qui coûte si cher. La première tentative a donné un cube de 2,089 cm de côté une fois fini. Nous avons dû le rejeter. Le second cube était plus près des spécifications, mais insatisfaisant. C'est la raison des trois essais et du coût. »

« Oh! »

Source : http://gaia.floyd.edu/tutor/SigFigsFable.html 8 novembre 2000

Au regard de ce que vous savez sur les chiffres significatifs et la notion de mesure en physique, commentez ces histoires en mettant en exergue les erreurs et les anomalies des différents protagonistes.

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Exercice n°4 : Chiffres significatifs Donner le résultats des opérations suivantes avec le nombre correct de chiffres significatifs : a) 12 – 4,53 b) (125 + 32,0)/ 2,0 c) (0,250 x 37,3)/250 d) 5 x 0,2536 Exercice n°5 : énonces verbaux et mathématique Traduire dans le langage verbal ou mathématique les énoncés suivants : a) Le rapport cyclique est la rapport de la durée de fermeture de l’interrupteur par la durée de la période de fonctionnement. b) Σ F = m.a c) Le moteur à courant continu est à l’arrêt. d) Le flux magnétique est maintenu constant pendant toute la durée du fonctionnement. Exercice n°6 : graphiques et fonctions a) Calculer la résistance d’un dipôle dont la caractéristique courant-tension est la suivante : En déduire la valeur de l’intensité quand la tension passe à 24,5 V. b) Sachant que lorsque un interrupteur électronique est fermé la tension à ses bornes est nulle et qu’elle peut être quelconque lorsque il est ouvert, en déduire, à partir du relevé du graphe de la tension en fonction du temps aux bornes d’un interrupteur (I), les phases où l’interrupteur est fermé et celles où il est ouvert. Lorsque l’interrupteur est fermé, un technicien mesure l’intensité du courant électrique circulant dans celui-ci et obtient 2,2 A. Tracer, en concordance de temps avec la tension le graphe de l’intensité du courant dans l’interrupteur. c) La vitesse de rotation d’un moteur électrique varie selon le graphique ci-dessous :

U (V)

I (A) 0 3,00

20,0

0 t (ms) 10 25

uI (V)

10

35 60 70

n (tr/min)

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1. Donner la valeur maximale de la vitesse de rotation du moteur. Transformer sa valeur afin de l’exprimer dans le SI.

2. Donner la valeur minimale de la vitesse de rotation du moteur. 3. Citer tous les intervalles de temps où la vitesse est nulle. 4. Citer tous les intervalles de temps où le moteur accélère. 5. Citer tous les intervalles de temps où la vitesse est constante. 6. A votre avis que symbolise la grandeur T ?

0 t (s) t1

1000

t2 t3 T T+t1 T+t2 T+t3 2T

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