[PDF] Sujet du bac STI2D Physique-Chimie 2016 - Métropole remplacement

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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUN

- SeVVion 2016 -

Sciences et Technologies de l'Industrie

eW Tu MéveloppemenW Murable eW

ScienceV eW TecUnologieV Te LaboraWoire

VpécialiWé ScienceV PUyViqueV eW CUimiqueV en LaboraWoire

Épreuve de PHYSIQUE-CHIÓIN

Durée de l'épreuve : 3 heures

CoefficienW J 4

Dès que le sujet vous est remis, assurez-

Ce VujeW comporWe 13 pages numérotées de 1 à 13.

LGuVage TGune calculaWrice eVW auWoriVé.

Il eVW rappelé aux canTiTaWV que la qualiWé Te la réTacWionH la clarWé eW la préciVion TeV explicaWionV

enWreronW TanV lGappréciaWion TeV copieV. TouWe réponVe Tevra êWre juVWifiée.

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UNE STATION DE SOI

-meWabief.com Le cUiffre TGaffaireV global estimé à 7 milliarTV eW repréVenWe

15 % environ Te lGéconomie Tu WouriVme françaiV.

Avec 55 millions Te journéeV-Vkieur venTueVH la Ńrance eVW en 2012 la première TeVWinaWion monTiale

Te Vki.

Le VujeW s renconWréV TanV leV VWaWionV Te Vki. Il comporWe 4 parWieV inTépenTanWeV leV uneV TeV auWreV J

ParWie A J STES (6 POINTS)

ParWie C J LA REMONTÉE MÉCANIQUN (5 POINTS)

ParWie M J LA MNSCNNTN (4 POINTS)

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Partie A J ldes pistes (6 poinWV)

Dès les annéeV 70H françaiVeV Ve VonW équipéeV pour la proTucWion Te

neige arWificielle afin Te pallier leV évenWuelV TéfauWV Te précipiWaWion qui peuvenW inWervenir au courV

des canons à neige TiVpoVéV le long TeV piVWeV. CeWWe un questionnaire à réponVeV ouverWeV courWeV. Pour cUacune TeV queVWionVH pluVieurV réponVeV ou affirmaWionV VonW propoVéeV. elles est exacte.

NoWer Vur voWre copie la leWWre aH bH c ou T correVponTanW à la réponVe cUoiVie. JuVWifier VuccincWemenW

voWre cUoix. Une réponse fausse eW une abVence Te réponVe VeronW évaluéeV Te la même façon. A.1.

MonnéeV uWileV à la parWie A.1. J

- 1 hectare = 104 m² - 1 m3 = 103 L - 1 kW.U - 1 bar = 105 Pa - Pression atmosphérique J P = 1H0 bar - ȡ3 kg.m-3 - Intensité Te la peVanWeur J g = 10 N.kg-1

Te la VWaWion Te Vki Te ÓéWabiefée par

une canaliVaWion TepuiV la rivière " la Jougnena ». pompe Te relevage aTapWée à la Tiff eW au TébiW VouUaiWé. A.1.1. , exprimé en milliers de mètres cubes, conWenu TanV la reWenue Tu col Tu ÓoronT le 10 Técembre 2013 ? a) 1H4 b) 14 c) 17 T) 34 A.1.2. Quel volume de neigeH exprimé en millierV Te mèWreV cubeVH a) 34 b) 68 c) 14 T) 28 A.1.3. Quelle est alorV la UauWeur roduite par les canonV à neige ? a) 5 cm b) 10 cm c) 15 cm T) 20 cm

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A.1.4. annexe A2H

station de pompage et la retenue du col du Morond ?

Remarque J on pourra uWiliVer

a) 48 bar b) 52 bar c) 60 bar T) 64 bar A.1.5. Quel est généré par le fonctionnement de la pompe Te relevage Te puiVVance P = 325 kPH permeWWanW Te remplir complèWemenW la col du ÓoronT ? .U) conVommée par un appareil eVW égale au

ǻn h) de fonctionnement J N = P.ǻ

a) 3 b) 30 c) 300 d) 3 000

A.2. Les canons à neige

Monnée uWile à la parWie A.2. J

- Surface ܵ disque Te rayon ܴ J ܵ

Un canon à neige eVW un TiVpoViWif permeWWanW Te fabriquer Te la neige. Le principe eVW Te projeWer

un mélange TGair comprimé eW TGeau par WempV VuffiVammenW froiT. Il exiVWe pluVieurV WypeV Te canonV

de gicleurV à VecWion variable. A.2.1. Quelle est la Vtempérature exWérieure eVW Te -10°C ? a) 0H37 m² b) 1H0.10-4 m² c) 2H6 m² T) 9H5.10-4 m² neige ? a) 3,3 m.s-1 b) 0,57 m.s-1 c) 1,2 m.s-1 d) 1,57 m.s-1

À n mélange froiT eVW atmosphère. Le

pUénomène pUyVique Te nucléaWion un flocon J c neige de culture.

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A.2.3. Parmi leV repréVenWaWionV grapUiqueV VuivanWeVH quelle eVW celle qui correVponT à la

pure à preVVion aWmoVpUérique normale ?

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Documents annexes à la partie A

Annexe A1 J exWraiW

http://www.metabief.fr

Annexe A2 J le

Annexe A3 J quelqueV caracWériVWiqueV

Partie B J La corroVion TeV canaliVaWionV

Ça y eVW ! LGeau coule pour remplir la reWenue collinaire Te ÓéWabief. MepuiV le 26 novembre 2013H

la pompe eVW en marcUe 24 U Vur 24 pour faire grimper une parWie Te lGeau Te " la Jougnena » juVquGau VommeW Tu ÓoronT à 1350 mH eW ainVi alimenWer procUainemenW leV canonV à neige Te la VWaWion. CeV premierV mèWreV cubeV VGaccumulenW à raiVon TGun TébiW moyen Te 100 m3 par Ueure. ObjecWif J proTuire réellemenW leV premièreV neigeV " en foncWion TeV conTiWionV méWéorologiqueV »H enWre le 10 eW le 15 Técembre 2013. Grâce à 90 canonVH la neige arWificielle couvrira environ 35 UecWareV VacUanW qu eVW néceVVaire à la fabricaWion Te Teux mèWreV cubeV Te neige.

3H alimenWée par

ÉWang eVW

uWiliVée pour alimenWer leV canonV à neige. MébiW TGeau pour un canon à neige en foncWion Te la WempéraWure exWérieure.

TempéraWure (°C) - 4 - 8 - 10

MébiW (m3IU) 9 25H8 34

- ViWeVVe Te lGeau en VorWie TeV canonV à neige J 90 m.V-1. - ConTuiWe TGalimenWaWion Tu canon à neige J CanaliVaWion en acier Te TiamèWre 60 mm.

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Partie B J corroVion TeV canaliVaWionV (5 poinWV) " la Jougnena »

Morond se fait par une canalisation en fonWe.

La fonWe eVW un alliage Te fer eW Te carbone.

La corroVion eVW un des principaux processus qui contribuent à la rupture Te ce Wype Te canaliVaWion.

Nlle meW en jeu leV coupleV oxyTanWIréTucWeur VuivanWV J

O2(aq) I HO- (aq) et Ńe2+(aq) I Ńe(s).

La demi-équaWion élecWronique aVVociée au couple O2(aq) I HO- (aq) J

O2(g) + 4 e- + 2 H2O(l) = 4 HO-(aq).

B.1. La corroVion élecWrocUimique

B.1.2. Écrire la Temi-équaWion élecWronique correVponTanW au couple Ńe2+(aq) I Ńe(s). B.1.3. Éréaction moTéliVanW la WranVformaWion cUimique ayanW lieu lorV Te la corroVion Tu fer. B.1.4. En utilisant l, justifier le choix du revêtement exWérieur Te la canaliVaWion en fonWe.

B.2. La corroVion aciTe

- maVVe molaire J Ó (CO2) = 44,0 g.mol-1 - pH= - log [H3O+] ou [H3O+] = 10-pH en fonte. La carbonaWaWion eVW une réacWion lenWe enWre le TioxyTe Te carbone , Ve comporWanW comme un aciTeH eW le cimenW principalemenW calcium.

B.2.1. Donner e base.

B.2.2.

transportée par la canaliVaWion. B.2.3. transportée inTiquenW une concenWraWion en ionV oxonium H3O+ Te 5H0.10-8 mol.L-1 ation en dioxyde de carbone de

2H8.10-4 mol.L-1.

La canaliVaWion eVW-elle aTapWée au WranVporW Te ceWWe eau ? JuVWifier.

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Documents annexes à la partie B

Annexe B2 J Wype une canalisation en fonte

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Partie C J éWuTe canique (5 poinWV)

C.1. MébiW Te VkieurV

e mécanique Te Wype WéléViège.

C.1.1. montrer que appelée viWeVVe

, eVW Te 2H3 m.V-1.

C.1.2. En supposant que la longueur du câble est le double de la longueur de la remontée,

TéWerminer le nombre moyen Te roWaWionV effecWuéeV par une nacelle en une Ueure.

C.1.3. À parWir Te la queVWion précéTenWeH monWrer que le TébiW Uoraire annoncé par le conVWrucWeur

eVW légèremenW VureVWimé.

C.2. ÉWuTe énergéWique

Monnée J valeur Te la peVanWeur g = 10 N.kg-1

La remonWée mécanique foncWionne grâce à un moWeur élecWrique qui enWraîne la poulie Te la VWaWion

à la poulie ToiW Vervir VimulWanémenW J

- à meWWre leV VkieurV en mouvemenW dans la nacelle ; - à élever leur alWiWuTe Te la VWa ; - à compenVer leV TiverV froWWemenWV. par leV nacelleV qui TeVcenTenWH on essera uniquemenW à la remonWée TeV VkieurV.

C.2.1. Te maVVe m = 70 kgH inVWallé Vur une

nacelleH VuppoVé en mouvemenW Te WranVlaWion uniforme à la viWeVVe Te 2H3 m.V-1. C.2.2. Calculer la variation e ce Vkieur quanT il effecWue une remonWée. On VuppoVera que le Vkieur eVW immobile par rapporW au Vol juVWe avanW et immobile par rapporW à la nacelle quanT il la quiWWe. C.2.4. dissipée par leV froWWemenWV eVW égalemenW négligeable TevanW

à fournir au WéléViège en une Ueure

6.108 J Vi le TébiW Uoraire eVW Te 1600 perVonneV par

Ueure.

C.2.5. En TéTuire la puiVVance mécanique moyenne au télésiège.

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fonctionne comme un engrenage.

C.2.6. Indiquer Vur voWre copie la naWure Te la puiVVance non iTenWifiée Vur la cUaîne énergéWique Te

C.2.7. On rappelle que la puissance électrique du moteur vaut 381 kW. Calculer le rendement de

la cUaîne énergéWique lorVque le WéléViège foncWionne au maximum Te VeV capaciWéV.

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Documents annexes à la partie C

Annexe C1 J V

Annexe C2 J exWraiW Te la noWice WecUnique fournie par le conVWrucWeur J

TSF4 La Blanche à Albiez

Longueur de la remontée 1590m

Altitude de la station de départ 1534 m

2060 m

11 min 30 s

Nombre de nacelles 145

4

Débit horaire 1600 personnes/h

Distance entre deux nacelles 22 m

Diamètre des poulies 4 m

Motorisation

www.remontees-mecaniqueV.neW

Annexe C3 J expreVVion

Annexe C4 J cUaîne énergéWique Vimplifiée Tu WéléViège , notée Ec,

Puissance

électrique

Moteur +

réducteur

Poulie

Puissance

mécanique

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Partie M J une TeVcenWe cUronoméWrée (4 poinWV)

Vur une piVWe VuppoVée recWiligne.

D.1. Le TébuW Te la TeVcenWe

Au début de la descente, on VuppoVe que leV froWWemenWV D.1.1. Parmi les propoViWionV Te annexe D1H cUoiVir le VcUéma WraTuiVanW correcWemenW leV forceV nt Vur le Vkieur imméTiaWemenW aprèV Von TéparW. JuVWifier. D.1.2. Nommer cUacune TeV forceV repréVenWéeV Vur le VcUéma reWenu.

D.1.3. -2.

Nn TéTuire la valeur Te la réVulWanWe TeV forceV qui sachant que sa maVVe eVW Te 70 kg.

D.2. nregistrement de la descente

En exploitant le film Te Va TeVcenWeH le Vkieur obWienW la courbe Te e sa vitesse au cours

Tu WempV repréVenWée Vur annexe D2.

D.2.1. En WenanW compWe Te Va viWeVVe iniWialeH TéWerminer la TiVWance parcourue par le Vkieur aprèV

2H0 VeconTeV Te TeVcenWe. PréciVer le moTèle Te mouvemenW cUoiVi.

ManV une poViWion TonnéeH la valeur Te la force Te froWWemenW ˆ& t relation J ˆ L D.2.2. À , propoVer une uniWé Te Ą uWiliVanW leV uniWéV kgH m eW V.

D.2.3. Quelle est la valeur ? JuVWifier.

D.2.4. En négligeanW leV auWreV froWWemenWVH calculer la valeur Te la force Te froWWemenW exercée par

, aprèV 15 V Te TeVcenWe.

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Documents annexes à la partie M

Annexe M1 J propoViWionV Te la VcUémaWiVaWion TeV forceV agiVVanW Vur le Vkieur

ScUéma n°1 ScUéma n°2 ScUéma n°3

Annexe M2 J rsse du skieur au cours du temps

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0510152025

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