Bac Physique-Chimie · Asie septembre 2025 · Réf. 25-PYCPE4

Exercice 1 — Saut d'obstacles en hobby horse

Effet Doppler (vitesse d'une voiture), diffraction (diamètre d'un crin) puis cinématique du saut (projectile, trajectoire).
11 points · 12 questions · Exercice 1 / 3

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Exercice 1 — Saut d'obstacles en hobby horse (11 points)

Le hobby horse : imiter les allures du cheval avec un bâton. 3 parties indépendantes.

Partie 1 — Effet Doppler (annonce)

Une voiture avec mégaphone s'approche d'un citadin immobile ; il perçoit f_R = (v_son/(v_son − v))·f_E. v_son = 340 m·s⁻¹. Mesures : f_R = 448 Hz, f_E = 440 Hz. Zone limitée à 30 km·h⁻¹.

Q1. Décrire l'effet Doppler. Q2. Justifier que le son perçu est plus aigu. Q3. Calculer v ; respecte la limite ?

Partie 2 — Diffraction (crin)

Diffraction d'un laser par un crin de diamètre a. θ = λ/a ; petits angles tan θ ≈ θ. D = 2,00 m [u=0,01] ; λ = 650 nm [u=10 nm] ; L (tache centrale) = 1,80 cm [u=0,05 cm]. Accord si |x−x_ref|/u(x) ≤ 2. Crin réel de référence : 140 µm.

Q4. Expression de a (λ, D, L). Q5. Montrer a ≈ 144 µm. Q6. Incertitude u(a) ; le crin convient-il ?

Partie 3 — Cinématique du saut

Système {hobby horse + cavalier} = point M (masse m). À t=0 : x=0, y=h=1,19 m, vitesse v⃗₀ inclinée de α. Obstacle à x=D=50,0 cm, hauteur H. Jambes repliées : 30 cm sous M. Air négligé. g = 9,81 m·s⁻².

Trajectoire modèle : y(x) = −0,590·x² + 0,566·x + 1,19. Record : barre H = 1,40 m (Marie Karkkainen, 2019). Entraînement : v₀ entre 11,5 et 13,5 km·h⁻¹.

v₀ (m·s⁻¹)y_max (m) 840 0,51,71,85 1,70≈6,0
Figure 3 (α'=55°) : v₀ = f(y_max). Pour le record (barre 1,40 m + 0,30 m de jambes → y_max = 1,70 m), on lit v₀ ≈ 6,0 m·s⁻¹ (≈ 21,6 km·h⁻¹).
Q7. Coordonnées a_x, a_y. Q8. Équations horaires x(t), y(t). Q9. Équation de la trajectoire. Q10. Franchit-il H = 1,00 m ? Q11. Calculer α et v₀ ; comment sauter plus haut. Q12. v₀ pour égaler le record (figure 3) ; réalisable ?
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
On étudie un saut d'obstacles en hobby horseSport finlandais : imiter le cheval avec un bâton à tête de cheval. 3 parties : effet Doppler, diffraction, cinématique du saut. en trois parties indépendantes : la vitesse d'une voiture par effet Doppler, le diamètre d'un crin par diffraction, puis la cinématique du saut (projectile, trajectoire, franchissement de la barre).
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