Questions de physique

Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Tous les exercices sont basés sur les connaissances acquisent en option physique du programme de la maturité suisse. Questions Exercice 1 On connait la masse d’un bijou : m = 25.50 g. On plonge ce dernier dans une éprouvette graduée contenant¢ ¡ 3 de l’eau. On observe que le bijou déplace 2.3 cm de liquide. Ce bijou est-il en or ? ρ Au = 1.89 · 104 kg m−3 Exercice 2 A partir de leur distance à la terre et de leur rayon, calculer le diamètre apparent (angle de vue) de la lune et du soleil. R S = 6.95 · 108 m, d T−S = 1.50 · 1011 m, R L = 1.74 · 106 m, d T−L = 3.84 · 108 m Exercice 3 On laisse tomber un objet d’un balcon situé à 20 m au-dessus du sol. Au même instant, on lance un objet depuis le sol, verticalement, à la vitesse de 16 m s−1 . a. Combien de temps s’écoule-t-il entre leurs arrivées au sol ? b. A quelle vitesse faudrait-il lancer l’objet depuis le sol pour que le croisement se situe à mi-hauteur entre le sol et le balcon ? Exercice 4 Un homme de 60 kg se trouve debout sur une balance à ressort dans un ascenseur. Lorsque ce dernier se met en mouvement vers le haut, il a une accélération de 2 ms−2 . Quelle est l’indication de la balance ? Exercice 5 Deux cages d’ascenseur, séparées horizontalement d’une distance d , sont reliées par un câble actionné par un moteur. L’une des cages se trouve au sol et l’autre à une hauteur h . Dans cette deuxième cage se tient un cascadeur. A l’instant t = 0 s, les cages se mettent en mouvement avec une vitesse de norme v 0 constante, l’une vers le haut et l’autre vers le bas. En prenant son élan, le cascadeur quitte à un certain instant la cage d’ascenseur avec une vitesse v h horizontale par rapport au plancher de la cage. A quel instant t s le cascadeur doit-il sauter pour tomber dans la cage montante ? 28/06/2026

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1 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Exercice 6 Un chariot de 200 kg peut se déplacer sans frottement sur le sol horizontal. Le passager de 80 kg tire sur un fil parfaitement souple et inextensible. Celui-ci passe sur une poulie et tire le chariot. Les masses du fil et de la poulie sont négligeables. Quelle est l’accélération du chariot sachant que le passager subit une force de frottement de 60 N l’empêchant de glisser dans le chariot ? Exercice 7 On suspend une masse m à l’extrémité d’un ressort de longueur au repos ℓ0 et de constante k . Déterminez l’allongement du ressort. Exercice 8 On pèse une masse sphérique de trois manières différentes : Pour les pesées 2) et 3), on utilise un récipient contenant de l’eau. On relève les trois valeurs indiquées par la balance : S 1 = 3 N, 28/06/2026 S 2 = 23 N et S 3 = 22 N

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2 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Quelle est la densité de la masse ? Exercice 9 On lâche une bille sur un rail faisant un looping. Quelle doit être la vitesse minimale de la bille au sommet de sa trajectoire afin qu’elle reste sur rail de rayon R ? On néglige les frottements. Exercice 10 Une masse m fixée au bout d’un fil de longueur L tourne sur une trajectoire circulaire dans un plan horizontal (pendule conique). Donner l’angle que fait le fil avec la verticale si la vitesse angulaire de la masse m autour de l’axe vertical est de ω. Exercice 11 Une piste de luge a une dénivellation de h = 20 m. Une luge de masse m est lâchée au haut de la piste. En absence de frottement, déterminer, à l’aide du théorème de l’énergie cinétique, la vitesse de la luge à l’arrivée. Exercice 12 Un wagonnet de masse m roule sans frottement sur une grosse boule de rayon R fixée sur le sol. Il part du sommet avec une vitesse pratiquement nulle. Déterminez la position/du point où le wagonnet quitte la boule. Exercice 14 Quelle est la hauteur minimale à laquelle on peut lâcher une bille de masse m sur le rail incliné d’un angle α afin qu’elle fasse le tour complet dans l’anneau vertical de rayon R , sans décoller du rail ? On néglige les frottements. 28/06/2026

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3 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Exercice 15 Une masse est lâchée à vitesse nulle à une hauteur h au-dessus de la surface d’une planète de rayon R et de masse m p . Calculer sa vitesse au moment de l’impact. Préciger le référentiel. Exercice 16 On cherche à déterminer la vitesse de libération d’un objet (par exemple un satellite) dans le cas de la Terre. Application numérique : G∼ = 6.6732 · 10−11 Nm2 kg−2 , M T ∼ = 5.9742 · 1024 kg et R T ∼ = 6.3710 · 106 m. Exercice 17 On a creusé un couloir à travers un astre homogène de masse volumique ρ et de payon R , passant par son centre. Depuis la surface, on lâche un objet dans le couloir. Décrire le mouvement de l’objet. Indication : à l’intérieur d’une boule homogène, la gravitation exercée sur l’objet à une distance r du centre est celle due uniquement à la boyle < intérieure > de rayon r . Exercice 18 Une masse m et une seconde masse, inconnue, sont attachées à un fil passant sur un cylindre fixe de rayon R . On laisse évoluer les masses à partir de la situation où la masse m se trouve au repos à la hauteur du centre du cylindre, m commençant par monter. Lorsque m passe au sommet, elle décolle du cylindre. Les frottements sont négligeables. 28/06/2026

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4 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL a. Calculer la vitesse de m au sommet. b. Déterminer la valeur de la seconae masse. Exercice 19 Une planche a une longueur de 1 m et une masse de 1 kg . Elle est tenue horizontalement contre un mur au moyen d’un fil attaché à l’une de ses extrémités. Le frottement l’empêche de tomber. Le fil forme avec la planche un angle de 20◦ . Calculer la force de traction dans le fil et les forces exercées par le mur sur la plafche. Exercice 20 Un treuil est installé à l’ouverture d’un puits, pour faire monter des seaux d’eau. Le cylindre sur lequel s’enroule la corde a un rayon R , le bras de la manivelle a une longueur b et le seau rempli a une masse m . Quelle est la force minimale qu’il faut exercer sur la poignée de la manivelle, dans la direction de son mouvement, pour faire monter le seau ? On suspend à la poignée un objet de masse M pour retenir le seau en l’air. Quel est l’angle formé par le bras de la manivelle avec la verticale lorsque le système s’immobilise ? Exercice 21 Un cerceau de masse m et de rayon r peut tourner sans frottement autour de son axe fixe. Un fil est enroulé sur le cerceau. Initialement, le cerceau ne tourne pas. On tire sur le fil avec une force constante F. a. Calculer l’accélération angulaire du cerceau autour de son axe. b. Que vaut sa vitesse angulaire après un temps t 1 ? c. Combien de tours le cerceau a-t-il effectués après le temps t1 ? Application numérique : m = 1 kg, r = 0.1 m, F = 20 N, t 1 = 5 s. Exercice 22 Un fil fixé à une poutre est enroulé autour d’un cylindre plein et homogène, de rayon R et de masse m . Départ arrêté, on laisse aller le cylindre. Calculer l’accélération et l’accélération angulaire du cylindre. 28/06/2026

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5 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Exercice 23 Une grosse bille de masse m , de rayon r et de moment d’inertie I CM = pmr 2 p ≤ 23 roule sans glisser sur une grande boule de rayon R fixée sur le sol. Elle part du sommet avec une vitesse pratiquement nulle. Déterminez la position du point où la bille quitte la boule. ¡ ¢ Exercice 24 Un fil fixé à une poutre est enroulé autour d’un cylindre de rayon R , de masse m1 et de moment d’inertie I = 21 m 1 R 2 par rapport à son axe de symétrie. Un second fil attaché à une masse m 2 est également enroulé autour du cylindre. Calculer l’accélération angulaire du cylindre autour de son axe, l’accélération du cylindre et celle de la masse m2 . Exercice 25 Deux sphères métalliques de charge électrique q et de masse m sont suspendues à deux fils de longueur l fixés à un même point. Donner une relation pour l’angle α que forme chaque fil avec la verticale. Exercice 26 Les plaques d’un condensateur plan sont disposées horizontalement à 5 cm l’une de l’autre. a. Quelle tension faudrait-il appliquer à ces plaques pour qu’un électron se trouvant entre elles soit en équilibre, la force électrique compensant exactement le poids ? b. Quelle serait l’accélération de cet électron si on appliquait aux plaques une tension de 6 V ? Exercice 27 Quelle est la vitesse acquise par un électron initialement immobile, s’il est accéléré sur un parcours entre les extrémités duquel il y a une tension de 1 V ? Faire le même problème pour un proton. 28/06/2026

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6 Physique Test d’aptitude – Série 1 EPFL Exercice 28 Les bornes d’une pile sont aux potentiels respectifs de -7 V et 20 V . Elles sont reliées par un fil de 500 m de long dans lequel s’établit un champ de grandeur constante. a. Calculer la force électrique qui s’exerce sur chaque électron. b. Dans une section du fil, il passe un courant de 1016 électrons par heure. Calculer le courant. c. Calculer le travail effectué par la pile si elle maintient ce courant pendant un j¢ur.

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Test1-Phys- EPFL 28/06/2026

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