CNC 2024 · MP · Physique

CNC 2024, filière MP, matière physique, épreuve 1.

  • Durée : 4 h
  • 24 questions
  • Difficulté : 3/5

Présentation du sujet

Mesurer $g$, de plus en plus finement. Le sujet part du pendule simple, passe à la pesanteur d'une Terre sphérique en rotation, où le terme centrifuge sépare $\vec{g}$ de l'attraction newtonienne, puis traite la déviation vers l'Est d'un corps en chute libre, qui signe la force de Coriolis, et se termine sur un gravimètre optique à chute libre lu par interférométrie.

Thèmes abordés

  • référentiels non galiléens
  • force de Coriolis
  • gravitation et pesanteur
  • oscillateur pendulaire
  • interféromètre de Michelson
  • déviation vers l'Est

Parties et questions

Partie 1 · Étude d'un pendule simple

  • 1.1 Quelles sont les forces appliquées au point M ? Donner les projections de ces forces dans la base locale (u_r, u_θ).
  • 1.2 Exprimer la vitesse et l'accélération du point M dans la base (u_r, u_θ).
  • 1.3 Déterminer l'équation différentielle en θ régissant le mouvement du point M dans le référentiel terrestre R_T.
  • 1.4 On se place dans l'hypothèse des petits mouvements où l'angle θ reste petit. Déterminer θ(t) sachant que l'objet est abandonné sans vitesse initiale à la position θ(0) = θ0. En déduire que le…

Partie 2 · Gravitation et pesanteur de la Terre sphérique

  • 2.1.1 Écrire l'expression de la force de gravitation F_g exercée par la Terre sur l'objet M.
  • 2.1.2 Le champ gravitationnel de la Terre au point M est défini par g0 = F_g/m. Exprimer g0 en fonction de G, M_T, R et OM.
  • 2.2.1 Le référentiel terrestre R_T est-il galiléen ? Justifier.
  • 2.2.2 On associe au référentiel terrestre R_T un repère d'origine un point O' situé à la surface de la Terre. Exprimer la vitesse du point M dans le référentiel absolu en mettant en évidence une vitesse…
  • 2.2.3 Exprimer l'accélération du point M dans le référentiel absolu en mettant en évidence une accélération relative, une accélération d'entrainement et une accélération complémentaire dite de Coriolis.…

Partie 3 · Étude de la chute d'un corps : déviation vers l'Est

Partie 4 · Gravimètre optique à chute libre

Le corrigé détaillé, question par question, est disponible gratuitement sur cette page.

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