Examen Régional — Session Normale 2024 — Marrakech-Safi — Physique-Chimie (3AC / 3APIC)

Exercice 1 : Mécanique

Partie 1 — Étude des forces s'exerçant sur un sac

Un sac (S), de masse m = 3 kg, est soulevé et maintenu en équilibre par une personne qui exerce sur lui une force en un point A, sous l'effet conjugué de cette force et de son poids. On prend g = 10 N/kg.

1. Classer chacune des deux actions mécaniques mises en jeu (force exercée par la main, poids du sac) selon son mode d'action (à distance ou de contact) et son mode de répartition (localisée ou répartie).
2. Le poids P⃗ du sac : donner son point d'application, sa direction, son sens, et calculer sa valeur.
3. Rappeler la condition d'équilibre d'un solide soumis à deux forces.
4. Le sac étant en équilibre sous l'action de son poids P⃗ et de la force F⃗ exercée en A : donner le point d'application, la direction et le sens de F⃗, puis calculer sa valeur.

Partie 2 — Étude du mouvement d'un cycliste

Un cycliste roule sur une route rectiligne. Par rapport au trottoir, il passe par les points successifs M₁, M₂, M₃. On donne : distance M₁M₂ = 60 m, parcourue en 15 s à vitesse constante ; puis, à partir de M₂, il continue à la même vitesse pendant 25 s supplémentaires jusqu'en M₃.

1. Préciser, pour le cycliste, dans quel référentiel il peut être considéré comme immobile, et dans quel référentiel il est en mouvement.
2. Préciser la nature du mouvement du cycliste sur la portion M₁M₂ (translation rectiligne).
3. Rappeler la relation entre vitesse, distance et durée pour un mouvement uniforme.
4. Calculer la vitesse V₂ du cycliste entre M₁ et M₂, en m/s puis en km/h, et en déduire la nature de son mouvement (uniforme ou non).
5. En supposant cette vitesse constante, calculer la distance parcourue par le cycliste entre M₂ et M₃ (25 s après M₂).

Exercice 2 : Électricité

Un fer à repasser électrique porte l'indication : 220 V — 1100 W. Il fonctionne pendant une durée de fonctionnement de 30 minutes.

1. Préciser la signification des indications « 220 V » et « 1100 W ».
2. Dire si chacune des affirmations suivantes est vraie ou fausse : a) La loi d'Ohm pour un résistor s'écrit U = R × I. b) La puissance électrique d'un dipôle s'exprime par P = U × I². c) Le watt-heure (Wh) est une unité de puissance. d) L'ordre de grandeur de la puissance d'un fer à repasser est le kilowatt.
3. Calculer l'intensité nominale I du courant traversant le fer à repasser.
4. Calculer sa résistance R.
5. Calculer l'énergie électrique E consommée par le fer à repasser pendant sa durée de fonctionnement (0,5 h), exprimée en Wh.

Exercice 3 : Situation-problème — Autonomie d'une trottinette électrique

Ahmed utilise une trottinette électrique pour se rendre au collège et en revenir, soit un trajet aller-retour de distance totale d = 7 km, parcouru à une vitesse moyenne Vm = 14 km/h. Le moteur de la trottinette a une puissance Pt = 400 W. Ahmed souhaite savoir combien de temps il doit brancher le chargeur, de puissance Pch = 67 W, pour recharger l'énergie consommée par un aller-retour, avant son prochain trajet.

1. Calculer la durée t du trajet aller-retour.
2. Calculer l'énergie électrique E consommée par le moteur pendant ce trajet.
3. En déduire la durée minimale de charge tm nécessaire pour restituer cette énergie à l'aide du chargeur.