QCM : Grandeurs, dimensions et unités (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment définit-on un système physique en distinguant ses constituants du reste du monde ?

Une relation mathématique qui relie des grandeurs physiques à différentes échelles
Une propriété mesurable d’un objet, exprimée par un nombre associé à une unité de mesure
Une portion de l’univers délimitée réellement ou virtuellement, dont les constituants internes sont distingués du reste du monde
Un ensemble d’objets visibles à l’œil nu, séparé des phénomènes trop petits pour être observés

Une portion de l’univers délimitée réellement ou virtuellement, dont les constituants internes sont distingués du reste du monde

Explication

Un système physique correspond à une portion de l’univers délimitée, et la frontière peut être réelle ou virtuelle. La visibilité à l’œil nu concerne la distinction entre systèmes macroscopiques et microscopiques, pas la définition d’un système physique.

2. Quelle caractéristique permet de reconnaître une loi physique ?

Elle relie mathématiquement des grandeurs physiques et s’applique à toutes les échelles
Elle décrit une propriété mesurable au moyen d’un nombre et d’une unité
Elle précise les constituants d’un système qui peuvent être observés à l’œil nu
Elle délimite une portion de l’univers pour isoler ses constituants internes

Elle relie mathématiquement des grandeurs physiques et s’applique à toutes les échelles

Explication

Une loi physique établit une relation mathématique entre les grandeurs d’un système et possède une portée universelle à toutes les échelles. Une propriété exprimée par un nombre et une unité est une grandeur physique, non une loi.

3. Quelles sont les quatre interactions élémentaires de la matière ?

L’interaction forte, l’interaction nucléaire, l’interaction électromagnétique et l’interaction gravitationnelle
L’interaction forte, l’interaction faible, l’interaction électromagnétique et l’interaction nucléaire
L’interaction faible, l’interaction électrique, l’interaction magnétique et l’interaction gravitationnelle
L’interaction forte, l’interaction faible, l’interaction électromagnétique et l’interaction gravitationnelle

L’interaction forte, l’interaction faible, l’interaction électromagnétique et l’interaction gravitationnelle

Explication

Les quatre interactions élémentaires sont les interactions forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle. L’interaction nucléaire effective est une manifestation de l’interaction forte, et non une cinquième interaction élémentaire.

4. Comment la relativité générale décrit-elle la gravitation à grande échelle ?

Comme un effet de la courbure de l’espace-temps produite par les masses
Comme un échange de photons entre les systèmes massifs qui s’attirent
Comme un échange de gluons qui maintient les nucléons liés dans les noyaux
Comme une interaction de force entre charges électriques à distance

Comme un effet de la courbure de l’espace-temps produite par les masses

Explication

En relativité générale, la gravitation est décrite comme un effet de la courbure de l’espace-temps produite par les masses, et elle domine aux grandes échelles. L’échange de photons caractérise l’interaction électromagnétique, qui agit entre charges électriques.

5. Que désigne la dimension d’une grandeur physique ?

L’expression de sa dépendance envers les grandeurs de base, indépendamment de l’unité choisie
L’unité conventionnelle utilisée pour comparer cette grandeur à une grandeur de même nature
La valeur numérique obtenue lorsqu’on mesure cette grandeur dans une unité donnée
La relation mathématique qui associe cette grandeur aux lois d’un système physique

L’expression de sa dépendance envers les grandeurs de base, indépendamment de l’unité choisie

Explication

La dimension caractérise la dépendance d’une grandeur envers les dimensions de base et ne dépend pas de l’unité de mesure choisie. La valeur numérique, contrairement à la dimension, varie avec l’unité employée.

6. Quelle est la dimension de l’énergie cinétique d’un corps de masse mm animé d’une vitesse vv ?

L2T−1L^2T^{-1}
MLT−2MLT^{-2}
ML2T−2ML^2T^{-2}
ML−3ML^{-3}

$$ML^2T^{-2}$$

Explication

Comme Ec=12mv2E_c=\frac{1}{2}mv^2, sa dimension est celle de la masse multipliée par le carré de la vitesse, soit ML2T−2ML^2T^{-2}. La dimension MLT−2MLT^{-2} correspond à une force, qui dépend de l’accélération plutôt que du carré de la vitesse.

7. À quoi sert l’homogénéité dimensionnelle lorsqu’on examine une équation physique ?

À établir la valeur numérique des constantes présentes dans l’équation.
À vérifier que chaque grandeur de l’équation possède une unité de mesure.
À vérifier que les deux membres, ainsi que les termes additionnés ou soustraits, ont la même dimension.
À déterminer les unités de base à choisir pour mesurer chaque grandeur de l’équation.

À vérifier que les deux membres, ainsi que les termes additionnés ou soustraits, ont la même dimension.

Explication

L’homogénéité dimensionnelle permet de contrôler la cohérence d’une équation en comparant les dimensions de ses membres et de ses termes additionnés ou soustraits. La présence d’une unité pour chaque grandeur ne suffit pas à garantir cette cohérence.

8. En quelle année la 11e Conférence générale des poids et mesures a-t-elle donné au système le nom de Système international d’unités ?

En 1960, après l’approbation de plusieurs unités de base
En 1971, lors de l’ajout de la mole comme unité de base
En 1875, lors de la signature de la Convention du Mètre
En 1983, lors de la redéfinition du mètre à partir de la lumière

En 1960, après l’approbation de plusieurs unités de base

Explication

Le nom de Système international d’unités a été adopté en 1960 par la 11e Conférence générale des poids et mesures. L’ajout de la mole a eu lieu en 1971, après la création du nom du système.

9. En quoi la valeur d’une grandeur diffère-t-elle du nombre qui lui est associé ?

Elle associe un nombre à une unité pour exprimer quantitativement la grandeur.
Elle associe un nombre à une dimension pour définir l’unité choisie.
Elle associe une mesure à une conversion pour déterminer la grandeur.
Elle associe une dimension à une unité pour caractériser la grandeur.

Elle associe un nombre à une unité pour exprimer quantitativement la grandeur.

Explication

Une valeur exprime quantitativement une grandeur en réunissant un nombre et une unité. Une dimension caractérise la dépendance d’une grandeur aux grandeurs de base, mais ne remplace pas l’unité dans l’expression de sa valeur.

10. Quelle conséquence historique a eue la décision de 1791 de définir une unité de mesure indépendante des particularités d’un peuple ?

Elle a ajouté la mole aux unités de base du système international.
Elle a fixé le centimètre, le gramme et la seconde comme unités du système CGS.
Elle a lancé la recherche d’une référence de mesure universelle et non arbitraire.
Elle a établi le mètre et le kilogramme à partir de constantes fondamentales.

Elle a lancé la recherche d’une référence de mesure universelle et non arbitraire.

Explication

Cette décision visait à remplacer les références arbitraires ou propres à un peuple par une unité de mesure universelle. Le système CGS a été introduit plus tard par la BAAS en 1874, et non comme conséquence immédiate de cette décision.

11. Pour redéfinir le kilogramme dans le SI révisé, quelle constante fondamentale est fixée à une valeur exacte afin de servir de référence ?

La constante de Planck, exprimée en joules-secondes
La fréquence de transition du césium, exprimée en hertz
La constante d’Avogadro, exprimée en moles inverses
La constante de Boltzmann, exprimée en joules par kelvin

La constante de Planck, exprimée en joules-secondes

Explication

La redéfinition du kilogramme repose sur la fixation de la constante de Planck à une valeur exacte, exprimée en joules-secondes. La constante de Boltzmann est également fixée dans le SI révisé, mais elle sert de référence à la définition du kelvin.

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Qu’est-ce qu’un système physique ?

Une portion de l’univers dont les constituants internes sont distingués du reste du monde.

Comment s’exprime une grandeur physique ?

Par un nombre et une unité de mesure.

Quelles sont les quatre interactions élémentaires de la matière ?

Les interactions forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle.

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