Analyse des Examens Nationaux – Domaine : MÉCANIQUE | 2BAC Sciences Physiques (option française) | 2016–2025
CDR 2025 — Poids Mécanique total : 27 % [ Lois Newton / Translation | Lois Newton / Satellites-Planètes | Force de Lorentz | ΣM=Jθ̈ (Rotation axe fixe) | Systèmes oscillants | Aspects énergétiques ] • Source : EXAMEN_PC.pdf
| Année | Sess. | Ex. | Pts | Partie 1 – Contexte / Sujet | Partie 2 – Contexte / Sujet | Newton Translation |
Newton Satellites |
Force de Lorentz |
Newton ΣM=Jθ̈ Rotation |
Syst. Oscillants |
Remarques |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2025 | N | 4 | 5,5 | Mouvement d'un satellite artificiel en orbite circulaire autour de la Terre. Référentiel géocentrique galiléen. 2ᵉ loi Newton → mouvement circulaire uniforme. 3ᵉ loi Kepler T²/r³=K. Vitesse orbitale v, altitude h, période T. | Mouvement d'un oscillateur solide-ressort horizontal (m=250g) sans frottement. Équation différentielle → T₀=2π√(m/k). Équation horaire x(t)=Xm·cos(ω₀t+φ). Énergie mécanique (Ec + Epe). | ✓✓ | ✓✓ | 4/6 SD couverts. Satellite + oscillateur = structure très fréquente. | |||
| 2024 | N | 5 | 5 | Chute verticale d'une bille (mB, VB, ρB) dans liquide (ρL) avec frottement f=−λv et poussée d'Archimède FA=ρL·VB·g. Équation différentielle, vitesse limite vL=(mBg−FA)/λ, τ=mB/λ, méthode d'Euler. | Système mécanique mixte translation-rotation : charge (C) glissant sur plan incliné α + cylindre (C') de rayon r, moment d'inertie J, couple moteur M constant. Équations dynamiques couplées. Grandeurs cinématiques et dynamiques. | ✓✓Chute avec frottement+Archimède |
✓✓Système mixte translation+rotation |
Structure innovante (rotation couplée à translation). Méthode d'Euler présente. 3/6 SD couverts. | |||
| 2023 | N | 4 | 5,5 | Étude de la chute d'une balle (m=80g) lancée verticalement V₀=12m/s. Phase 1 : chute libre (equations horaires vz, z, hauteur max h). Phase 2 : chute avec frottement fluide f=−kv (équation diff., vL, τ). | Mouvement d'une balançoire modélisée par pendule pesant (moment d'inertie J=m·ℓ², θ₀=9°, petites oscillations). Relation fondamentale dynamique rotation ΣMΔ=J·θ̈ → T₀=2π√(J/(mgℓ)). Énergie mécanique Em. | ✓✓Chute libre + chute avec f |
✓Pendule pesant ΣM=Jθ̈ |
✓✓Pendule pesant (petites oscill.) |
4/6 SD couverts. Chute en deux phases (originalité). Balançoire = pendule pesant avec relation dynamique rotation. | ||
| 2023 | R | 4 | 5,25 | Mouvement d'un ballon de volley-ball (projectile) : V₀=16m/s, θ=18°, D=11m, Hf=2,4m. Équations horaires x(t), y(t). Équation de trajectoire y=f(x). Vérification passage au-dessus du filet. Portée. | Mouvement d'un pendule élastique (solide-ressort horizontal, m=200g, raideur k). Équation différentielle → T₀=2π√(m/k). Diagramme des espaces x(t). Énergie potentielle élastique, énergie cinétique, énergie mécanique. | ✓✓Projectile (plan uniforme) |
✓✓Solide-ressort T₀, énergie |
2/6 SD couverts. Structure projectile + oscillateur classique. | |||
| 2022 | R | 4 | 5 | Mouvement d'un solide sur plan incliné α avec force motrice F constante et frottement f constant. Phase montée O→B. Équation différentielle, aGx, vA=4m/s. Phase décélération A→B. Distance AB. | Oscillateur mécanique horizontal (solide-ressort, m=0,5 kg, raideur k). Équation différentielle → x(t), T₀=2π√(m/k). Amplitude Xm. Diagramme espace. Énergie mécanique em=Ec+Ee conservée. | ✓✓Plan incliné frottement+force |
✓✓Solide-ressort T₀, Em conservée |
2/6 SD couverts. Structure plan incliné + oscillateur (classique). | |||
| 2022 | N | V | 2,75 | Mouvement d'un parachutiste (m=100kg) en chute verticale dans l'air avec frottement fluide f=kv². Équation différentielle, vitesse limite vL=√(mg/k), temps caractéristique τ, courbe v(t). | — | ✓✓Chute avec frottement fluide |
1/6 SD couvert. Exercice mono-partie léger (2,75 pts). Modèle frottement quadratique f=kv². | ||||
| 2021 | N | V | 2,5 | Chute verticale d'une bille homogène dans liquide visqueux. Force frottement fluide f=−k·v. Équation différentielle, vL=mg/k, τ=m/k, courbe v(t), régime transitoire et régime permanent. | — | ✓✓Chute avec frottement fluide |
1/6 SD couvert. Exercice mono-partie léger (2,5 pts). Même thème que 2020 SN1 et 2019 R. | ||||
| 2021 | R | 5 | 3 | Étude du mouvement d'un solide (flèche) dans le champ de pesanteur (projectile oblique). Équations différentielles vx, vy. Équations horaires vx(t), vy(t), x(t), y(t). Équation de trajectoire parabolique. | — | ✓✓Projectile (plan uniforme) |
1/6 SD couvert. Exercice mono-partie (3 pts). Projectile = flèche de tir à l'arc. |
| 2020 | N | V | 2,5 | Chute verticale d'une bille dans liquide visqueux avec frottement fluide f=−k·v et Poussée d'Archimède FA. Équation différentielle, vL, τ, courbe v(t). Méthode d'Euler si demandée. | — | ✓✓Chute avec f + Archimède |
Version 1 SN 2020. 1/6 SD couvert. Thème récurrent : bille dans liquide visqueux (2020–2021–2019R). | ||||
| 2020 | N* | 5 | 2,5 | Mouvement d'un solide sur plan horizontal (sans frottement). Phase 1 : sous force F constante → MRUV, vG(t), xG(t). Phase 2 : sans force → MRU. Distance totale parcourue, durée. | — | ✓✓Plan horizontal F constante, MRUV |
(*) Version 2 SN 2020 (filière internationale). 1/6 SD couvert. Exercice simple et court. | ||||
| 2020 | R | IV | 5 | Mouvement du CdI d'un système motard+moto sur piste : plan incliné α=10° (MRUV) + tremplin circulaire + phase aérienne (projectile sans frottement). Équations horaires, portée, angle de chute, vitesse d'atterrissage. | — | ✓✓Plan incliné + projectile |
Exercice complet (3 phases). Contexte : saut en longueur à moto. 1 SD mais très riche. | ||||
| 2019 | N | IV | 5,5 | Mouvement d'une balle lancée verticalement V₀ (chute libre). Équations horaires vz(t), z(t). Hauteur max h. Point B à D=5,75m. Deuxième lancer V'₀=8m/s → atteint-il le point B? | Étude énergétique d'un pendule de torsion (disque homogène, constante torsion C, angle θm=0,5rad). Énergie potentielle de torsion Ep=½Cθ². Diagramme d'énergie Ec/Ep/Em. T₀=2π√(J/C). Détermination de C. | ✓✓Chute libre verticale |
✓✓Pendule torsion T₀, énergie diag. |
3/6 SD couverts. Structure chute libre + pendule torsion (énergétique). Originalité : 2 lancers. | |||
| 2019 | R | IV | 5,5 | Chute verticale d'une bille dans liquide visqueux (f=kv, Archimède non négligeable). Équation différentielle, vL, τ. Méthode d'Euler numérique : tableau vG(t)/aG(t), calcul a3 et v4. | Étude énergétique d'un oscillateur mécanique solide-ressort horizontal. Équation horaire x(t), T₀. Énergie potentielle élastique Epe=½kx², énergie cinétique Ec, énergie mécanique Em conservée. Diagramme énergie. | ✓✓Chute avec f + Euler numérique |
✓✓Solide-ressort Énergie, diagramme |
3/6 SD couverts. Méthode d'Euler numérique + oscillateur énergétique = exercice technique et varié. | |||
| 2018 | N | IV | 6 | Mouvement d'une particule chargée (He²⁺, O²⁻) dans champ magnétique uniforme B⊥v₀ (spectroscope de masse). Force de Lorentz → trajectoire circulaire R=mv/(|q|B). Détermination masse O²⁻ à partir de RO/RHe. | Étude énergétique d'un pendule simple (balançoire, fil L, petites oscillations). θmax=0,20rad, Ec₀=13,33J. Conservation Em=Ec+Epp. T₀=2π√(L/g). θ(t)=θmax·cos(ω₀t+φ). Diagramme énergie. | ✓✓Spectroscope masse, R=mv/qB |
✓✓Pendule simple T₀, Em diagramme |
Exercice le plus ponctué (6 pts). Lorentz + pendule simple. Contexte : spectroscope masse (originalité). | |||
| 2018 | R | IV | 5,5 | Mouvement d'un skieur avec frottements sur piste : plan incliné A'B' (α, frottement f, vA) puis horizontal B'C' (décélération par f). Équations différentielles, aGx dans chaque phase, distance d'arrêt. | Étude énergétique d'un pendule de torsion (fil acier, tige AB homogène, J, C). θm=0,8rad, petites oscillations non précisées. T₀=2π√(J/C). Diagramme d'énergie Ec/Ep torsion. Détermination C et J. | ✓✓Plan incliné + horizontal, 2 phases |
✓✓Pendule torsion T₀, J, C, énergie |
3/6 SD couverts. Ski = plan incliné + plat. Pendule torsion pour déterminer constante C. Diagrammes énergétiques. | |||
| 2017 | N | IV | 5,5 | Mouvement d'une exoplanète 'b' autour de l'étoile Mu Arae (à 50 années-lumière). Référentiel lié à S. 2ᵉ loi Newton → MCU. Établissement T²/r³=K (3ᵉ loi Kepler). Calcul masse étoile MS. | Étude énergétique d'un oscillateur mécanique solide-ressort horizontal (K=20N/m, Xm). Énergie potentielle élastique Epe=½Kx². Conservation Em. T₀=2π√(m/K). Diagramme espace x(t). Diagramme énergie. | ✓✓Exoplanète Kepler, MS |
✓✓Solide-ressort Énergie, K=20N/m |
Contexte astrophysique (exoplanète Mu Arae). 3/6 SD couverts. Oscillateur énergétique. | |||
| 2017 | R | IV | 5,5 | Mouvement d'une particule chargée dans champ magnétique uniforme B⊥v₀. Force de Lorentz → trajectoire circulaire uniforme R=mv/(|q|B). Déflexion magnétique. Détermination masse ou charge. | Étude énergétique d'un pendule simple (petites oscillations). Conservation Em=Ec+Epp. T₀=2π√(L/g). θ(t). Diagramme d'énergie. | ✓✓Force Lorentz trajectoire circulaire |
✓✓Pendule simple T₀, Em conservée |
3/6 SD couverts. Structure identique à 2016 N (Lorentz + pendule simple). Pendule simple = 2ème occurrence. |
| 2016 | N | IV | 5,5 | Mouvement de deux particules chargées Li⁺ et X²⁺ dans champ magnétique uniforme B⊥V. Force de Lorentz → trajectoire circulaire. Rapport RO/RLi. Détermination masse mX et nature de X. | Étude énergétique d'un pendule simple (petites oscillations). Em=Ec+Epp. T₀=2π√(L/g). Expression Em en fonction de θ et θ̇. Conservation Em. | ✓✓Lorentz, 2 particules Identification masse |
✓✓Pendule simple Énergie, T₀ |
3/6 SD couverts. 2 particules chargées (originalité). Pendule simple énergétique. | |||
| 2016 | R | IV | 5,5 | Gravimètre modélisé par système oscillant : tige AB (longueur L, masse négligeable) + solide (S) en B + ressort spiral constante torsion C. Rotation autour axe (Δ) horizontal en A. Couple rappel Mc=−Cθ. T₀. Détermination g. | — | ✓✓Gravimètre Rotation + torsion |
✓✓Oscillateur rotation T₀, g |
Exercice original et unique : gravimètre = système oscillant rotation autour axe fixe + couple torsion. 3/6 SD couverts. |
LÉGENDE COULEURS (colonnes SD) : Vert = Newton/Translation (chute, frottement, plan, projectile) Jaune = Newton/Satellites-Planètes (orbites, Kepler) Rouge = Newton/Lorentz (particule chargée dans B) Bleu = Rotation ΣM=Jθ̈ (pendule pesant axe fixe, système mixte) Violet = Systèmes oscillants (ressort, pendule simple/torsion) Rose = SD absent dans cet exercice
OBSERVATIONS & TENDANCES MÉCANIQUE (2016–2025)
| Poids CDR 2025 & Pts exam | 27 % de l'épreuve ≈ 5,4 pts/20. L'exercice de mécanique est le plus pondéré de l'examen. Points alloués : 2,5 à 6 pts selon les sessions. Structure : 1 seul exercice (Ex. IV ou V), à 1 ou 2 parties indépendantes. |
|---|---|
| Newton/Translation — sous-domaine dominant | Présent dans ~80 % des sessions. Se décline en : (1) Chute verticale avec frottement fluide f=kv (2020 SN1, 2021 N, 2019 R, 2022 N, 2024 N), (2) Chute libre (2023 N, 2019 N), (3) Projectile/plan incliné (2021 R, 2023 R, 2022 R, 2020 R). Équation différentielle + vitesse limite + τ quasi-systématiques. |
| Systèmes oscillants — sous-domaine fréquent | Présent dans ~65 % des sessions. Types : solide-ressort horizontal (2025 N, 2023 R, 2022 R, 2019 R, 2017 N), pendule simple (2016 N, 2017 R, 2018 N), pendule de torsion (2018 R, 2019 N), pendule pesant (2023 N, 2016 R). T₀, équation horaire θ(t)/x(t), diagrammes d'énergie récurrents. |
| Aspects énergétiques — transversal | Présent dans ~55 % des sessions via le sous-domaine systèmes oscillants. Constamment associé : Ec=½mv², Epe=½kx², Epp=mgy, Em=Ec+Ep. Conservation de Em ou non-conservation (frottement). Diagrammes d'énergie fréquents depuis 2017. |
| Newton/Satellites-Planètes | Présent dans ~20 % des sessions : 2025 N (satellite artificiel orbite circulaire), 2017 N (exoplanète Mu Arae). Thèmes : MCU, 2ᵉ loi Newton → centripète, établissement T²/r³=K (3ᵉ loi Kepler), masse étoile/planète. |
| Force de Lorentz (Newton/Champ magnétique) | Présent dans ~20 % des sessions : 2016 N (Li⁺ et X²⁺), 2017 R (déflexion magnétique), 2018 N (spectroscope He²⁺ et O²⁻). Trajectoire circulaire uniforme R=mv/(|q|B). Identification masse ou charge inconnue. |
| Rotation ΣM=Jθ̈ — sous-domaine émergent | Présent dans ~25 % des sessions : 2024 N (système mixte translation+rotation avec cylindre), 2023 N (balançoire/pendule pesant), 2016 R (gravimètre). Moment d'inertie J, couple de rappel, équation dynamique rotative. Tendance à la hausse récente. |
| Évolution structurelle (2016→2025) | 2016-2018 : exercice à 2 parties (Lorentz + oscillateur, ou plan incliné + pendule). Depuis 2019 : tendance aux exercices mono-thème mais plus élaborés (méthode Euler, diagrammes énergie). 2023-2024 : introduction systématique de la rotation (balançoire, système mixte). |
| Méthode d'Euler numérique | Apparue depuis 2019 R et réapparaît dans 2024 N. Calcul approché de a(t+Δt) et v(t+Δt) à partir d'un tableau. Indicateur d'une tendance vers l'exploitation numérique des données expérimentales. |
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