Analyse
Ce qu'a observé le jury
Synthèse Hadamard du rapport officiel — citations, chiffres et conseils du jury.
Présentation du sujet
Sujet en trois parties sur le magnétisme : (1) effets de gravitation négligeables à l'échelle atomique, résultats théoriques pour la suite ; (2) expérience d'Oersted — champ B créé par un fil infini, théorème d'Ampère, force de Laplace, mécanique du moment cinétique ; (3) dispositif de lévitation magnétique — mécanique du solide, équations de Maxwell pour le Laplacien axial, électronique avec amplificateur opérationnel suiveur, EDO et stabilité radiale.
Structure de l'épreuve
- Partie I — Partie 1 — Forces fondamentales (Q1-Q5)(Q1-Q5)Niveau attendu
Q1 force électrostatique : préciser quelle charge agit sur quelle autre, sens. Q3 symétries des charges (champ E) — Curie ou superposition. Q4 symétries des courants (champ B). Q5 force de Laplace bien connue.
- Partie II — Partie 2 — Expérience d'Oersted (Q6-Q14)(Q6-Q14)Difficile
Q6 théorème d'Ampère — contour fermé, courant enlacé. Q7 direction du champ B (axiale/radiale) incohérente avec contour circulaire. Q8 calcul fil infini, barème détaillé. Q9 cours, confusions résultante/moment. Q10 r(x,y), direction orthoradiale en u_x, u_y.…
- Partie III — Partie 3 — Lévitation magnétique (Q15-Q33)(Q15-Q33)Difficile
Q16 réaction du support : composante tangentielle, conservatif vs frottement, glissement vs frottement. Q17 formule de Varignon — énergie cinétique de rotation oubliée. Q20 équation harmonique reconnue. Q22 allure (z=0, max, limite, parité). Q25 minimum d'énergie potentielle ↔ équilibre stable.…
Analyse globale du jury
« Le problème comportait trois parties sur le thème du magnétisme. La première avait pour but de justifier le caractère négligeable des effets de gravitation à l'échelle atomique. La seconde commençait par une question de cours sur le champ magnétique créé par un fil infini — cette question devait être réussie. La dernière partie était la plus longue et la plus abordable. Le premier calcul très directif et concret de mécanique du solide a été pourtant assez mal réussi. Les dernières questions d'électronique basées sur le fonctionnement linéaire de l'AOP constituent la partie la plus aboutie dans beaucoup de copies. »
Top pièges sanctionnés
Q7 — direction de B incohérente avec contour d'Ampère-2 pts
« La direction parfois donnée au champ magnétique (axiale ou radiale) aurait dû paraître incohérente avec le choix d'un contour d'Ampère circulaire qui lui est généralement correct. »
Q13 — moment exercé par le fil « deviné »-1 pts
« Beaucoup de candidats proposent pour avancer une expression « devinée » du moment exercé par le champ magnétique du fil. »
Q16 — confusion glissement et frottement-2 pts
« Certains répondent que le système n'est pas conservatif puisqu'il y a frottement et beaucoup confondent les justifications par absence de glissement et absence de frottement. Les bonnes réponses bien justifiées sont minoritaires. »
Q17 — énergie cinétique de rotation oubliée (Varignon)-2 pts
« Il faut écrire et projeter la formule de Varignon avec méthode. La majorité des candidats oublie l'énergie cinétique de rotation. »
Q30 — suiveur pour vérifier l'AOP (faux)-1 pts
« L'égalité des tensions est donnée dans la majorité des cas. Le nom de « suiveur » un peu moins souvent. En revanche, l'intérêt d'un montage suiveur n'est pas de vérifier le bon fonctionnement d'un amplificateur opérationnel ! »
Q33 — coefficient négatif sans réflexion-1 pts
« En revanche, le signe négatif d'un ou plusieurs coefficient(s) aurait dû paraître suspect. »
Chapitres clés à maîtriser
Source : Rapport du jury Mines-Ponts · Physique PC, session 2014 · PDF officiel ↗
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