Section I (1 hour) Answer ALL questions

1. (a) Énoncez la loi de Hooke. La loi de Hooke stipule que la force (F) nécessaire pour étirer ou comprimer un ressort d'une certaine distance (x) est directement proportionnelle à cette distance, à condition que la limite élastique du matériau ne soit pas dépassée. Mathématiquement, F = kx, où k est la constante de raideur du ressort. 1. (b) Définissez le terme "limite élastique". La limite élastique est le point au-delà duquel un matériau déformé ne retrouve pas sa forme ou sa taille d'origine après la suppression de la force de déformation. Au-delà de cette limite, la déformation devient permanente. 1. (c) Donnez un exemple de matériau qui obéit à la loi de Hooke et un exemple de matériau qui ne l'obéit pas. Matériau qui obéit à la loi de Hooke : un ressort métallique*. Matériau qui n'obéit pas à la loi de Hooke : le caoutchouc*. 1. (d) Nommez un instrument dont le fonctionnement est basé sur la loi de Hooke. Un dynamomètre (ou balance à ressort). --- 2. (a) Définissez la vitesse et indiquez ses unités SI. La vitesse est le taux de changement de la position d'un objet dans une direction donnée. C'est une grandeur vectorielle. Son unité SI est le mètre par seconde (m/s). 2. (b) (i) Nommez la force agissant entre la boîte et la route. La force agissant entre la boîte et la route est la force de frottement. 2. (b) (ii) Comment cette force peut-elle être réduite ? Cette force peut être réduite en : • Rendant les surfaces en contact plus lisses (par exemple, en polissant la route ou la base de la boîte). • Utilisant des lubrifiants (comme de l'huile ou de la graisse) entre les surfaces. • Remplaçant le frottement de glissement par le frottement de roulement (par exemple, en ajoutant des roues à la boîte). 2. (c) Quelle est la force nette agissant sur la boîte ? Expliquez votre réponse. Puisque la boîte se déplace à vitesse constante, son accélération est nulle. Selon la première loi de Newton (ou principe d'inertie), si l'accélération est nulle, la force nette agissant sur la boîte est de zéro Newton (0 N). Cela signifie que la force de poussée est égale et opposée à la force de frottement. --- 3. (a) Quelle propriété de l'ampèremètre lui permet d'être connecté comme indiqué ? L'ampèremètre a une faible résistance interne, ce qui lui permet d'être connecté en série dans un circuit sans affecter significativement le courant total. 3. (b) Donnez deux avantages de connecter des ampoules en parallèle dans nos maisons. • Si une ampoule grille, les autres ampoules du circuit continuent de fonctionner. • Chaque ampoule reçoit la pleine tension de la source d'alimentation, ce qui permet à toutes les ampoules de briller à leur pleine luminosité. 3. (c) Calculez 3. (c) (i) la résistance combinée du circuit ci-dessus. Les deux ampoules du haut sont connectées en parallèle, et cette combinaison est en série avec l'ampoule du bas. Soit R_1 = 4 \, , R_2 = 4 \, , R_3 = 4 \, . Step 1: Calculer la résistance équivalente des deux ampoules en parallèle. (1)/(R_p) = (1)/(R_1) + (1)/(R_2) (1)/(R_p) = (1)/(4 \, ) + (1)/(4 \, ) (1)/(R_p) = (2)/(4 \, ) = (1)/(2 \, ) R_p = 2 \, Step 2: Calculer la résistance totale du circuit en ajoutant la résistance en série. R_total = R_p + R_3 R_total = 2 \, + 4 \, R_total = 6 \, 3. (c) (ii) le courant circulant à travers l'ampèremètre. La tension de la source est V = 240 \, V. Le courant total (I) est donné par la loi d'Ohm : I = (V)/(R_total). Step 1: Utiliser la loi d'Ohm avec la tension totale et la résistance totale. I = 240 \, V6 \, I = 40 \, A 3. (c) (iii) la puissance consommée lorsque toutes les ampoules sont utilisées. La puissance totale (P) est donnée par P = V · I. Step 1: Utiliser la tension totale et le courant total. P = 240 \, V × 40 \, A P = 9600 \, W --- 4. (a) Définissez les termes isotope et demi-vie. • Un isotope est une variante d'un élément chimique qui possède le même nombre de protons (même numéro atomique) mais un nombre différent de neutrons, ce qui entraîne une masse atomique différente. • La demi-vie est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs d'un échantillon se désintègrent. 4. (b) Calculez le rapport neutron/proton (N/Z) de l'élément ^14C et indiquez si l'isotope est stable ou non. Pour l'élément ^14C : • Le numéro atomique (Z) est 6 (car c'est du carbone). C'est le nombre de protons. • Le nombre de masse (A) est 14. • Le nombre de neutrons (N) est A - Z = 14 - 6 = 8. Step 1: Calculer le rapport neutron/proton (N/Z). (N)/(Z) = (8)/(6) (N)/(Z) = (4)/(3) ≈ 1,33 Step 2: Déterminer la stabilité. Pour les éléments légers (Z < 20), un rapport N/Z proche de 1 est généralement stable. Un rapport de 1,33 pour le carbone (Z=6) est supérieur à 1, ce qui indique une instabilité. De plus, l'énoncé mentionne qu'il se désintègre en émettant une particule bêta. L'isotope ^14C est instable (radioactif). 4. (c) Écrivez une équation nucléaire équilibrée pour montrer le processus de désintégration. Le ^14C se désintègre en émettant une particule bêta (^-), ce qui signifie qu'un neutron se transforme en proton, émettant un électron (_ -1^0e) et un antineutrino. L'élément résultant est l'azote (N). Step 1: Écrire l'équation de désintégration bêta. _ 6^14C _ 7^14N + _ -1^0e + _e L'équation équilibrée est : _ 6^14C _ 7^14N + _ -1^0 (où représente la particule bêta, c'est-à-dire un électron). --- 5. (a) Indiquez un autre matériau qui pourrait être utilisé à la place de l'aluminium. Un autre matériau qui pourrait être utilisé est le cuivre. 5. (b) Indiquez et expliquez deux façons de minimiser la perte de puissance lors de la transmission d'électricité. 1. Augmenter la tension de transmission : La perte de puissance (P_perte) dans les câbles est donnée par P_perte = I^2 R, où I est le courant et R est la résistance du câble. Pour une puissance transmise (P_transmise = V · I), si la tension (V) est augmentée, le courant (I) nécessaire pour transmettre la même puissance diminue. Une diminution du courant réduit considérablement la perte de puissance car elle est proportionnelle au carré du courant. 2. Utiliser des câbles de faible résistance : La perte de puissance est également directement proportionnelle à la résistance (R) des câbles. En utilisant des câbles fabriqués à partir de matériaux à haute conductivité (comme le cuivre ou l'aluminium) et en augmentant leur épaisseur (ce qui diminue leur résistance), la résistance des câbles est minimisée, réduisant ainsi les pertes par effet Joule. --- 6. (a) Définissez la distance focale. La distance focale d'une lentille est la distance entre le centre optique de la lentille et son foyer (le point où les rayons lumineux parallèles à l'axe optique convergent après avoir traversé la lentille, ou semblent en diverger). 6. (b) Dessinez un diagramme de rayons pour montrer comment la lentille forme l'image agrandie. Pour une lentille convergente (convexe) formant une image agrandie, l'objet doit être placé entre le foyer (F) et le centre optique (O) de la lentille. Un diagramme de rayons montrerait : 1. Un rayon parallèle à l'axe optique qui, après avoir traversé la lentille, passe par le foyer principal (F') de l'autre côté. 2. Un rayon passant par le centre optique de la lentille qui n'est pas dévié. 3. Un rayon passant par le foyer principal (F) du même côté que l'objet qui, après avoir traversé la lentille, devient parallèle à l'axe optique. Les prolongements de ces rayons du côté de l'objet se croisent pour former une image virtuelle, droite et agrandie. 6. (c) Donnez deux propriétés de l'image formée. Étant donné que la distance focale (f) est de 20 \, cm et que l'objet est tenu à 10 \, cm de la lentille (donc u < f), l'image formée par une lentille convexe est : • Virtuelle • Droite (non inversée) • Agrandie (plus grande que l'objet) • Située du même côté de la lentille que l'objet. Deux propriétés de l'image formée sont : 1. L'image est virtuelle. 2. L'image est agrandie. Mándame la siguiente 📸