[PDF] 1 Term S PHYSIQUE (12 points) Exercice 1 LA GALIOTE (75 points

View - Download 1 Term S PHYSIQUE (12 points) Exercice 1 LA GALIOTE (75 points

Previous PDF

Next PDF

1

Term S

PHYSIQUE (12 points)

Exercice 1 LA GALIOTE (7,5 points)

La galiote était un navire de guerre qui fit son apparition à la fin du XVIIème siècle, sous le règne de

Louis XIV. Les galiotes possédaient de lourds canons, fixés au pont, projetant des boulets de 200

Selon la description détaillée de Renau, Inspecteur Général de la Marine, ces bâtiments sont

destinés à emporter des canons en mer. Ils sont de moyenne grandeur et à fond plat. De par leur

= 45°, ce qui permet de tirer à la plus grande distance possible. pour résister à la réaction considérable du boulet et leur échantillon(1) (1) dimension et épaisseur des pièces utilisées pour la construction. Les parties 1, 2 et 3 de cet exercice sont indépendantes. Certaines aides au calcul peuvent comporter des résultats ne correspondant pas au calcul à effectuer.

1. Action de la poudre de canon sur le boulet

Justifie-

2. La trajectoire du boulet

i j

Le vecteur vitesse initiale

v 0 (appelé angle de tir) par rapport à Une fois le boulet lancé, la force de poussée de la partie précédente

Données :

Volume du boulet : V = 16 dm 3 = 16 L

Masse du boulet : m = 100 kg

Valeur du champ de pesanteur : g = 10 m.s 2

= 1,3 kg.m 3

2.1. Inventaire des forces agissant sur le boulet après son lancement

Aide au calcul

1,6

1,3 = 2,1

2,4 1,5

1,6=1,21,3

1,3= 0,811,6

424 ,9

Figure 1

x y O

Portée d

0v M j i 0v 2

2.1.1.

FA de la poussée

2.1.2. Le poids

Calculer la valeur P du poids du boulet après avoir précisé son expression littérale.

2.1.3.

de ce dernier est au moins

2.1.4. Pendant le vol, compte tenu de la masse, de la vitesse et de la forme du boulet, on fait

négligeables devant le poids. En tenant compte de la remarque et des résultats précédents, établir le bilan des forces exercées sur le système {boulet} pendant le vol.

2.2. Équation de la trajectoire

imède et on ne tiendra pas compte des

2.2.1. En appliquant la deuxième loi de Newton, montrer que les équations horaires du

0x(t) v cos t

et

201y(t) g t v sin t2

2.2.2. a- 2 + Bx.

Donner les expressions littérales de A et B.

b- Déterminer les unités respectives de A et B.

2.3. Portée du tir

sous la forme y(x) = x (Ax + B). 1).

On négligera la diff

2.3.1. Exprimer la portée d du tir en fonction de A et B.

2.3.2. 0 , et g est :

20v sin(2 )dg

Retrouver, en la justifiant, la valeur = 45° donnée dans le texte, pour laquelle la portée est

maximale, pour une vitesse v0 donnée.

2.3.3. À partir de la question précédente et des données, calculer la vitesse initiale du boulet pour

atteindre la portée maximale donnée dans le texte.

2.3.4.

Avec un angle de tir restant égal à 45°, la vitesse initiale du boulet doit-elle être supérieure

ou inférieure à celle trouvée à la question 2.3.3. pour obtenir la même portée maximale ?

Justifier sans calcul.

Exercice1 : LA GALIOTE

1. Action de la poudre sur le boulet

Le système {galiote + canon + gaz} exerce une action sur le boulet : la force de poussée. Par réaction le boulet exerce une force de recul sur le système {galiote + canon + gaz}. La loi de Newton associée est la troisième loi : principe des actions réciproques. Énoncé: Lorsqu'un corps A exerce sur un corps B une force F

AB alors le corps B exerce sur le

corps A une force F

BA telle que :

F AB F BA

Corps B Corps A

3 F AB et F

BA ont même droite d'action

F

AB = -

F BA

2. Trajectoire du boulet

2.1.1. La valeur de la poussée d'Archimède est égale au poids du fluide déplacé (ici l'air) par le

boulet, soit : FA = Pair déplacé = mair déplacé g = air Vair déplacé g = air Vboulet g

FA = V g

mair déplacé = V en kg or est donné en kg.m-3 donc V en m3 soit V = 16 dm3 = 1610-3 m3 FA = 1,31610-310 = 1,31,610-210 = 2,110-1 = 0,21 N

2.1.2. Le poids: P = m g = 10010 = 1,0103 N

2.1.3. Calculons

1 32110
1 010 AF,. P , . = 2,110-4 < 1,0102 donc A P F > 1,0.102 On peut donc bien négliger la poussée d'Archimède devant le poids.

2.1.4. Système {boulet} dans le référentiel terrestre

supposé galiléen (Repère (O, i , j

2.1.3 st

négligeable face au poids. De plus la remarque négligeables devant le poids. Le boulet n'est soumis qu'à son poids, on se place chute libre.

2.2.1. La 2nde loi de Newton donne

P = m. a m. g = m. a soit : a g En projection selon les axes Ox et Oy du repère choisi et compte tenu du sens du vecteur g indiqué sur le schéma il vient : 0xx yy agaa g g

À chaque instant :

dvadt soit ax= xdv (t) dt et aY=

Ydv (t)

dt donc vx et vy sont les primitives de ax et ay . 1 2 x y v (t) Cvv (t) g.t C avec C1 et C2 deux constantes déterminées par les conditions initiales

Coordonnées du vecteur vitesse initiale

0v

0 0 0 110

0

0 0 0 2 2 0

x, x,à t y, y,à t v v .cos v CC v .cosvv v .sin v C C v .sin D DD

Finalement :

0 0 x y v (t) v .cosvv (t) g.t v .sin D

À chaque instant

dOGvdt soit vx= dx(t) dt et vY= dy(t) dt donc x et y sont les primitives de vx et vy . 03 041
2 x(t) v .cos .t C

OGy(t) g.t² v .sin .t C

D C3 et C4 constantes déterminées par les conditions initiales Or à t = 0 le projectile est au point de coordonnées (x(0) = 0; y(0) =0) donc : x(t=0) = 0 + C3 = 0 C3 = 0 x y O

Portée d

0v M j i P g 4 y(t=0) = 0 + 0 + C4 = 0 C4 = 0 Finalement 0 01 2 x(t) v .cos .t

OGy(t) g.t² v .sin .t

D On tire de l'expression de x(t) = v0.cos.t , le temps t que l'on reporte dans y(t) : t = 0 x v .cos : y(x) = 02 00 1 2 x² x.g. v .sin .v .cos² v .cosDD Soit 2 0 1 2 xy x g xvD ²( ) tancos² = A.x² + B.x avec A = 2 0 11

2gvcos²

< 0 et B = tan

2.2.2. b-

2 1 2 2 2 g L TALv L T u donc A s'exprime en m-1 et

2.3 Portée du tir

2.3.1 On cherche la portée du tir xp = d telle que: y(xp) = 0 xp.(A.xp + B) = 0

2 solutions possibles, soit

xp = 0 = xO origine du repère, la portée serait nulle, solution non retenue

A.xp + B = 0 xp =

B A = d solution à retenir

2.3.2 d =

2

02v .sin( )

g d est maximale si sin(2) est maximal, car v0 et g sont constants, soit : sin(2) = 1 2 = 90° = 45°.

2.3.3 pour = 45° on a d =

2 0v g v0 = d.g

4 4 2 1

02400 10 2 4 10 2 4 10 1 510v , , , . m.s

2.3.4 On garde = 45 ° . Les forces de frottement vont s'opposer au mouvement du boulet, il faut

donc une vitesse initiale plus importante pour garder la même portée. 5 Exercice 1 PrĠparation d'une phĠromone ( 6 points)

Il existe des phéromones de rassemblement, de pistage, d'attraction sedžuelle, d'alarme, de dĠfense,... De

abeilles. La formule semi-développée de la molécule P est O CH3

Données : TABLEAU 1

Masse molaire

moléculaire (g.mol-1)

Masse volumique

(g.mL-1)

Température

d'Ġbullition (ΣC)

Solubilité dans

l'eau

A : CH3COOH 60,0 1,05 118 Soluble

Alcool B 88,0 8,10.10-1 128 Très peu soluble

Eau 18,0 1,00 100

Phéromone P 130 8,70.10-1 143 Très peu soluble

Verrerie disponible :

- béchers : 10 mL ; 25 mL ; 100 mL - éprouvettes graduées : 10 mL ; 25 mL ; 100 mL - pipettes graduées : 1 mL ; 2 mL ; 5 mL ; 10 mL - burette graduée au 1/10 ème de mL : 25 mL - pipettes jaugées : 1,0 mL ; 5,0 mL ; 10,0 mL ; 20,0 mL

de pierre ponce. Il adapte un réfrigérant à boules sur le ballon et chauffe à reflux pendant 4 heures.

Après extraction, il obtient une masse mP = 21,7 g de phéromone P. Les parties 1.1 ,1.2 ,1.3 et 1.4 sont indépendantes.

1.1. Réaction de synthèse.

1.1.1. Sur la formule semi-développée de la molécule P, entourer le groupement fonctionnel présent et

donner le nom de ce groupement.

1.1.2. Donner la formule semi-dĠǀeloppĠe et le nom de l'alcool B.

1.1.4. Préciser les deux caractéristiques principales de cette transformation.

1.2. Préparation de la phéromone P.

1.2.1. Pourquoi chauffe-t-on le mélange acide A alcool B ? Yuel est l'intĠrġt d'un dispositif à reflux ?

1.2.2. Quel matériel choisi dans la verrerie disponible utiliseriez-vous pour mesurer le volume VA d'acide

éthanoïque ?

1.3. Etude quantitative de la réaction.

6

1.3.1. Calculer les quantités de matière initiales, nA(o) et nB(o) de chacun des réactifs. On utilisera pour cela

les données du TABLEAU 1.

1.3.2. ComplĠter le tableau d'aǀancement (TABLEAU 2 :lignes 3, 4 et 5 de l'annedže ă rendre aǀec la copie).

1.3.3. Calculer l'aǀancement madžimal XM.

1.3.4.a Donner la relation liant la quantité nP de phĠromone formĠe dans l'Ġtat final et l'aǀancement final

xf. En déduire la valeur de xf et complĠter le tableau d'aǀancement, ligne 5, en donnant les valeurs

numériques.

1.3.4.b Edžprimer et calculer le taudž d'aǀancement (ou rendement) de cette réaction.

1.3.5.b L'edžprimer en fonction de džf, nA(o) et nB(o).

1.3.5.c Montrer que K = 4,0.

1.3.6.a Dans les mġmes conditions, on mĠlange n'A(o) = 2,5.10 -1 mol du même acide éthanoïque A et n'B(o)

= 5,0.10 -1 mol d'alcool B puis on chauffe à reflux. Que pouvez-vous dire du quotient de réaction Qrf dans l'Ġtat final͍

1.3.6.b Calculer le taudž d'aǀancement final ' (rendement) de la réaction précédente et le comparer à .

En dĠduire une faĕon assez gĠnĠrale d'amĠliorer le rendement de la rĠaction.

1.4. Augmentation du rendement de la réaction.

Des élèves font des propositions pour augmenter le rendement de cette réaction : ** Eliminer l'ester par distillation au fur et ă mesure de sa formation. *** Mettre le mélange réactionnel à une température plus élevée.

Pour chaque proposition, précisez si vous êtes en accord ou en désaccord avec ces élèves et pour quelle

raison.

Document 2

TermS CORRECTION Devoir maison Sciences-Physiques avril 2011 Exercice 1 PrĠparation d'une phĠromone ( 6 points)

1.1. Réaction de synthèse.

1.1.1.

(0,25)

1.1.2. (0,25) Alcool B :

3-méthylbutan-1-ol

1.1.3. (0,25) CH3-CH(CH3)-CH2-CH2OH(

) + CH3-COOH( ) = P( ) + H2O(

1.1.4. (0,25) La réaction d'estĠrification est une rĠaction lente et limitée.

1.2. Préparation de la phéromone P.

1.2.1. (0,25) La température est un facteur cinétique, on chauffe pour accélérer la rĠaction d'estĠrification.

O

CH3 C O CH2 CH2 CH CH3

CH3

Groupement ester

HO CH2 CH2 CH CH3

CH3 7

(0,25) Le chauffage ă refludž permet d'Ġǀiter les pertes de matière au cours du chauffage (condensation des

quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46

[PDF] La trangénèse artificielle

[PDF] La transformation chimique

[PDF] la transformation chimique des atomes

[PDF] la transformation chimique du butane et du dioxygene

[PDF] la transformation de la matiere organique dans le sol 6eme evaluation

[PDF] La transformation de la société des pays développés depuis 1945 ( sujet )

[PDF] La transformation des aliments

[PDF] La transformation des aliments dans le tube digestif

[PDF] La transfusion sanguine

[PDF] La Transfusion Sanguine/ Greffe

[PDF] La transgénèse

[PDF] La transgénèse (ADN)

[PDF] La transgenèse - OGM - SVT - DM

[PDF] La transgenese de la souris verte

[PDF] La Transgénèse en Svt