ENAC Physique toutes filières 2003

ECOLE NATIONALE DE L'AVIATION CIVILE ANNEE 2003

CONCOURS DE RECRUTEMENT D'ELEVES
PILOTE DE LIGNE

EPREUVE DE PHYSIQUE

Durée : 2 Heures
Coefficient : 1

Le sujet comprend :
. 1 page de garde,
. 2 pages (recto-verso) d'instructions pour remplir le QCM,
. 1 page avertissement,
. 11 pages numérotées de 1 à Il.

CALCULATRICE AUTORISEE

ÊPREUVE DE PHYSIQUE

A LIRE TRÈS ATTENTIVEMENT

L'épreuve de physique de ce concours est un questionnaire à choix multiple qui 
sera corrigé automatiquement
par une machine à lecture optique.
ATTENTION, IL NE VOUS EST DELIVRÊ 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 ÊTIQUE'ITES

Pour permettre la lecture optique de l'étiquette, le trait vertical 
matérialisant l'axe de lecture du code à barres
(en haut à droite de votre QCM) doit traverser la totalité des barres de ce 
code.

EXEMPLES :

BON MAUVAIS MAUVAIS

!'
>< X >< " X X " xxxxxxxxxxxxxxxx 6 8 L 9 9 V 8 Z |- 0 'Il" """/I AXE AXE AXE 2) Pour remplir ce QCM, vous devez utiliser un STYLO BILLE ou une POINTE FEUTHE de couleur NOIRE. 3) Utilisez le sujet comme brouillon et ne retranscrivez vos réponses qu'après vous être relu soigneuse- ment. 4) Votre OCM 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 30 questions, certaines, de numéros consécutifs, sont liées. La liste des ques- tions est donnée au début du texte du sujet. Chaque candidat devra choisir au plus 25 questions parmi les 30 proposées. Il est inutile de répondre à plus de 25 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 25 ques- tions, quelle que soit la valeur de ces réponses. Chaque question comporte au plus deux réponses exactes. 6) A chaque question numérotée entre 1 et 30, correspond sur la feuille-réponses une ligne de cases qui porte le même numéro (les lignes de 31 à 100 sont neutralisées). Chaque ligne comporte 5 cases A, B, C, D, E. Pour chaque ligne numérotée de 1 à 30, 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 A, B, C, D. 0 soit vous jugez que la question comporte deux réponses exactes, vous devez noircir deux des cases A, B, C, D et deux seulement. » soit vous jugez qu'aucune des réponses proposées A, B, C, D n'est bonne, vous devez alors noircir la case E. En cas de réponse fausse, aucune pénalité ne sera appliquée. 7) EXEMPLES DE REPONSES Exemple | :Question 1 : Pour une mole de gaz réel : A) lim (PV) : RT , quelle que soit la nature du gaz. P-->o

B) PV : RT quelles que soient les conditions de pression et température.
C) Le rapport des chaleurs massiques dépend de l'atomicité.
D) L'énergie interne ne dépend que de la température.

Exemple ll : Question 2 :
Pour un conducteur ohmique de conductivité électrique C', la forme locale de la 
loi d'OHM est :

äË ? -> -> 2? ? 2->
A) _]=6 B)J=O'E C)E=CJ D)j=GE

Exemple Ill : Question 3:

A) Le travail lors d'un cycle monotherme peut être négatif.
B) Une pompe à chaleur prélève de la chaleur à une source chaude et en restitue 
àla source froide.

T2
T1
D) Le phénomène de diffusion moléculaire est un phénomène réversible.

C) Le rendement du cycle de CARNOT est 1 +--

Vous marquerez sur la feuille réponse :

- E::l _ E:] E:
1 A B C D E
:D I:: [: E::l ::
E:] - [:::l [::] :D
2 A B C D E
[:=] E: E:] E:] =l
E:: [I:] E:: =] _
3 A B C D E
E:] E:] =3 E: =]

AVERTISSEMENT

Dans certaines questions, les candidats doivent choisir entre plusieurs
valeurs numériques. Nous attirons leur attention sur les points suivants :

1 --- Les résultats sont arrondis en respectant les règles habituelles ("il est
prudent d'éviter les arrondis --- ou des arrondis peu précis --- sur les 
résultats
intermédiaires).

2 - Les valeurs fausses qui sont proposées sont suffisamment différentes de
la valeur exacte pour que d'éventuelles différences d'arrondi n'entraînent
aucune ambiguïté sur la réponse.

u...-----...--u--...---...--......w-

QUESTIONS LIEES

(1,2:,3,4)
(5,6,7,8,9,10,11,12)
(13,14,15,16,17)
(18,19,20,21,22,23,24)
(25, 26, 27, 28, 29, 30)

_h)

Un «pont d'impédances» est alimenté en régime sinusoïdal par un générateur de 
tension
de force électromotrice e(t) : E cos tut et d'impédance interne négligeable 
(fig. 1).

La branche CD a une impédance négligeable. R est une résistance et n un nombre 
entier.

Fig 1 Fig 2

ë

Calculer la force électromotrice li]... du générateur de Thévenin équivalent au 
dipôle de

bornes C et D, obtenu en enlevant la branche CD, en fonction de n , des 
impédances
complexes 5 et Z et de l'amplitude complexe EUR de e(t) (fig. 2).

Z1--(n+l)ë
&) E... = M EUR
Zl--nZ2
: _:___T___ E
b) EUR,}, (n+l)(êl+Z) ..
Z2""Zi
C) E!]? : Z +22 EUR
Ë2--("+1)Ë1
d>ëth : Z +22 EUR

Calculer l'impédance interne Zth du générateur de Thévenin en fonction de Z1' 
Z2' R et n .

a)Z _ nR + Z1Z2
--th"n+1 g+g2
2122
b)Z =R+n "

---th EUR + 52

2122
c) Zth : (n+1)R+2 " "

Ë1+Ë2

ZZ '

d)Zh : n+1R_ _1_2
_t " Ë1+Ë2

La branche A C est constituée par un condensateur de capacité C1 en série avec 
une résis-

tance R1 . La branche BC est constituée par un condensateur de capacité C2 en 
parallèle

avec une résistance R2 .

2

Déterminer la valeur (no de la pulsation co et la relation qui lie les rapports

R1/R2, C 1 / C 2 à n lorsque le pont (fig. 1) est en équilibre (c'est--à-dire 
lorsque le courant
est nul dans la branche CD ).

a) (02 --- ___--_1___
° nR1R2CIC2
2 1
b (0 : ----
) 0 R1R2CIC2
Rl C2
c) --+------ = n
R2 Cl
(1) Ë--l+ç--l : n
R2 C2

Ona:C2 : 2C1= O,luF ; R1 : SOOQ et n = 4.

Calculer la fréquence N 0 à l'équilibre du pont, exprimée en kHz.

a) NO = 12,74 kHz
b) NO = 120 kHz
c) NO : 60 kHz
(1) NO : 6, 37 kHz

Nota : l'équilibrage du pont permet donc la mesure de la fréquence 
correspondante. Le
dispositif est utilisé comme fréquencemètre.

Un fil rigide très fin et illimité (l) est disposé dans le vide selon l'axe 02 
du repère
---> --> -9

R(O, ex, ey, ez). Il est chargé uniformément avec la densité linéique M > O. 
Etablir
' -a
l'expression du champ électrostatique E (M) créé en un point M situé à la 
distance p du
--> --9 +
fil. La base cylindro--polaire de M est ep, eq), ez.
% 3.1 -->
b 2 7'1 1 "9
'> À1 1 -->
C) E (M) : --ë_0 6 EUR(p
d È ?" 2 _)

Un fil (2) illimité comme le fil (1) est chargé uniformé-
ment avec la densité linéique 7L2 > 0. Il est disposé

dans le plan (yOz) parallèlement à l'axe 02 et à la
distance d de celui-ci, comme l'indique la figure 3.

.)
Calculer la résultante fe des forces qu'exercent les
charges du fil (1) sur l'unité de longueur du fil (2).

--> 7t17t2d -->
a) fe _ 471580 %
b --> 7t17t21 d ->

)fe _ 41:80 11 ey

-> MM 1 -->
C)fe _ 27t80 c--i eY

--> À17t2 1 -->
d)fe _ 4% 21 ex

0

7. Le fil (2) est maintenant disposé perpendicu--
lairement au fil (1), dans le plan (xOy),

parallèlement à Ox, àla distance of de celui-
ci, comme l'indique la figure 4. Calculer la

%
résultante Fe' des forces qu'exercent les
charges du fil (1) sur le segment AB du fil
(2). A et B sont symétriques par rapport à

l'axe Oy et situés àla distance h/ 2 de celui--
ci.

Si M est le point courant de AB, il est com--

. o . ----> --+
mode d'utiliser la variable 9 : (Oy,OM).

7\ ?» ---->
&) Î:e, : 1 2 @ &
neo d 4
À 7» ---->
...la/=- 4,1' _.a_
80 «/h2+d2
* , 7'17'2 h ">
C) Fe _ 47'E80 Zi ey
"> , >'17'2 h "à
d) Fe -- 71:80 arctan(Ü) ey
_)

8. En déduire la résultante F e" des forces qu'exercent les charges du fil (1) 
sur le fil (2) illi-

mité. Dans les deux cas envisagés (questions 6 et 7), les fils chargés 
s'attirent-ils ou se
repoussent-ils ?

a) e --->oo
--> À17t2 ---->
9
y
280

c) Il y a attraction
d) Il y a répulsion

b) Fe,, :

9. Dans ce qui suit, les fils (1) et (2) ne sont plus maintenant chargés mais 
parcourus par des
courants continus d'intensités respectives ]] et 12 .

Le courant dans le fil (1) circule dans le sens des: > O. Etablir l'expression 
du champ

_} . . , \ .
magnétique B(M) créé en un pornt M s1tue a la distance p du fil.

--> LLOI 1 -->
a) B(M)= 2n' 5 cm
--> pol] -->
b) B(M): 27t p 69

1 ---->

C) B(M) : 275 6 ep
--> Hall -->

C!) B(M) -- 27t ep
_)

lO. Calculer la résultante fm des forces qu'exerce le courant du fil (1) sur 
l'unité de longueur

ll.

12.

du fil (2), lorsque les deux fils sont disposés parallèlement comme sur la 
figure 3 et que les
deux courants circulent dans le même sens.

----> tt 1112 1 --9
3) fm : _ 02712 à EUR);
--> -->
b) fl")? : 0
--> 21101112 1 -->
C) fm : _ TC &! ey
+ I I --9
d)fm :_ "°27't' lnd ex

9
Calculer la résultante Fm' des forces qu'exerce le courant du fil (1) sur une 
longueur

AB : h du fil (2) lorsque les deux fils sont disposés perpendiculairement comme 
sur la
figure 4 et que le courant dans le fil (2) circule dans le sens des x > O .

&) î-- / __ l"l01112 1 :
m _ _ ___--___
Y
27t /h2+d2
--> ->
b) Fm, : O
--> , u 1 l -->
C) Fm : "' 0271t2 % ez
--> il 1 ---->
(1) Fm' : -- "027; 2 21--1, arcsin(â) 62

"> . o
En déduire la résultante F m" des forces qu'exerce le courant du fil (1) sur le 
fil (2) illi--
mité.
Quand au total les forces magnétiques ne sont pas nulles, les fils (1) et (2) 
s'attirent--ils ou
se repoussent--ils lorsqu'ils sont parcourus par les courants '?

.)
&) Fm" --) °°

--> ->
b) Fm" : 0

c) Il y a attraction
d) Il y a répulsion

13. Un amplificateur opérationnel idéal fonctionne en régime sinusoïdal avec le 
montage
représenté sur la figure 5.

Etablir l'expression de la transmittance Z" (j ou) : _I{s/ _Ï_/e en fonction de 
la pulsation 0) et

des caractéristiques du circuit.

. l
a) _7_'(1oe) = ------5------------------
1+R CC'oe +jRCoe
. 1
b) Î(l®) = ------------------2 2 2
1 +R C ou --jRC'oe
. 1
C) I...") : ----'ä--_Î------
1--R CC'oe +2jRCoe
d) Z(joe> = 1

2 2 2 . ,
1--RCoe--2flïCoe

l

14. Déterminer la relation entre les capacités C' et C pour que : l_î_'(joe)| : 
4.
("_
4

mo

l+

Donner l'expression de (00 .

a) 2C' : C
b) C' : 2C
C)(D =__1___
" RCJî
d)oe : 1

0 2RC

15. Sachant que C = O, luF et R : le, calculer les valeurs numériques de C' et 
de la

16.

17.

18.

fréquence N 0 correspondant àla pulsation (:)O exprimée en kHz.

a) C' : 0,0SuF
b) C' : 0,2uF
0) NO : 3,4kHz

d) NO : 1,13kHz

Donner alors les équations des asymptotes de la fonction GdB : ZOlog| @ en 
fonction de

logoe (plan de Bode) aux basses et aux hautes fréquences.

0
20(logoe--logoe0)

a) basses fréquences : GdB

b) basses fréquences : GdB

c) hautes fréquences : GdB 20(logoeo -- logoe)

d) hautes fréquences : GdB 40(logoeo --- logoe) /

Indiquer le type de filtre que constitue le circuit et l'expression de la 
pulsation de coupure
wc (à ----3 dB).

a) filtre passe-bas
b) filtre passe--bande

c)oec=oe

0

(1) oec : (no/2

-->-->--9
eee

x'y'z

Une barre rectiligne AB de longueur 2b se déplace dans le référentiel R(O, ) de

telle sorte que (fig. 6 et 7) :

° son extrémité A se trouve sur le demi--axe positif Oz ,

° son extrémité B décrit le demi--cercle du plan (x0y) de centre 1 (0, b, 0) et 
de rayon b ,
àla vitesse angulaire (» constante et positive.

A l'instant t = O , B se trouve en O.

L'exercice ne nécessite aucune connaissance de mécanique du solide.

Déterminer la durée T du mouvement.

a) T= 7c/oe
b) T : 2n/(0
c) T= 7t/2oe
d) T= n/4oe

19. Etablir les expressions en fonction du temps r des coordonnées polaires p 
et (p de B
(fi g. 7).

(01
a) p : 2bsin'ä"
b) p : 2bcosoet
c) (p : ont
(1) (p : tnt/2

----> ---->
20. Déterminer l'angle oc : (A O,AB) et décrire le mouvement de la barre.

a) oc : oet

b) oc : oet/ 2

c) la barre en appui sur l'axe 02 à l'instant initial se retrouve sur l'axe Oy 
à la fin du
mouvement

d) la barre en appui sur l'axe 02 à l'instant initial se retrouve à la fin du 
mouvement en
appui sur l'axe Oz

bv

71.-

Calculer les coordonnées cartésiennes X, Y et Z du milieu J de la barre.

, b. b _ _@_'
a) X : îsmoet, Y : ê(l--cosoet),Z : bcos 2
b . 91 b @1 @}
b)X= îsrn2,Y= îcos2,Z= bcos2
. b . (...
c) X : bcosoet, Y : bsmoet,Z : ÎS...Î
o_>_t . _OE_t b . gt
d) X= bcos 2,Y : bs1112,Z : îS...2

La trajectoire de J peut être considérée comme l'intersection d'une sphère de 
centre O et
d'un cylindre de révolution de génératrices parallèles à Oz. Préciser les 
caractéristiques
de ces deux surfaces.

a) sphère : rayon 2b
b) sphère : rayon !)

' 0) cylindre dont l'axe passe par le point de coordonnées (0, b/ 2, O) et de 
rayon b/2

d) cylindre dont l'axe passe par le point I et de rayon !)

, . 2 , . , ,
. Determmer la valeur moyenne (v ) du carre de la Vitesse v de J , calculee sur 
la duree T

du mouvement.

a)  : b2oe2/4
b)  : b2oe2/2
C) M) = 3b2oe2/2
d) {%> : 3b2oe2/8

. Indiquer la nature du mouvement de J .

a) accéléré
b) décéléré
c) uniforme
d) accéléré puis décéléré

25. Une lentille mince convergente L] a pour centre 01 , foyer objet F1 , foyer 
image F1' et

distance focale image f1'.

Deux autres lentilles minces'convergentes L2 et L3 possèdent les 
caractéristiques notées

respectivement :
pour L2 : 02, F2, F2' et f2'

pour L3 : O3,F3,F3' et f3'

Les trois lentilles possèdent le même axe.

L1 L2 L3
B Fig 8
A O, 02 ()3
--_--> <--------------> 4------------>
lum1ère EUR | 63
, incidente V V

Les distances qui séparent Ll de L2 et L2 de L3 sont respectivement 6] et 63 
(fig. 8).

Etablir la condition pour que le système soit afocal.

1 1 1
91 +f1' 63 +f3' _ 13,

l l l
+

EUR1"f1' e3_f3' f2'
c) fl'+f2' : e,+e3

d) (e, --fl')(e3 --f3') = fz'2

a)

b)

26. Dans toute la suite, on suppose que le foyer F 1 ' se trouve en 02 . 
Comment faut--il choi--

sir 63 pour que le système des trois lentilles soit afocal '?

a) 63 =f3'
b) 63 =f2'
C) 63 =f1'

d) 63 : (fl'+f3')/2

27. Sachant que f1' : 4 cm et f3' : 3 cm, calculer les grandissements 
transversal y et

28.

29.

30.

angulaire G du système.

a) y = ---3/4
b) 7 = --1/2
c) G = ----2

d) G = ---4/3

Avec les mêmes valeurs des distances focales fl ' et f3' , établir la relation 
de conjugaison

entre l'abscisse x : FIA d'un objet AB et l'abscisse x' : F3'A' de son image 
A'B'

exprimées en centimètres.

a) x' â(f2'x+4)
2(x--2f2')

c) x' : Ê(x--3f£)

b) x'

d) x' : ----9--(f2'x-- 16)

16f2'

On veut que l'image de 01 soit F 3'. Quelle valeur de f2' faut-il adopter pour 
qu'il en soit

ainsi?

a) f2' : 2 cm
c) f2' : 4 cm
d) f2' : 6 cm

Déterminer dans ces conditions les grandissements transversaux y 1» 72 et 73 
des trois

lentilles.
4
&) Y1=' ;: YZ=X--8, 73 : %(À--8)
4 x 3
b)Y1--;» Yz--;jz, Y3 --- Îë(x--4)
2 __ 3x
°"'"Æ' 72"x"6' 73 "'" 8(x--6)
_ 3 _)_c __ (2x+4)
d"'"2x+4' Y2'4' 73 " x