Fiche de physique - chimie

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Sujet et correction Physique Chimie Bac S 2016 Métropole

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exercice Réservé aux Eleves ayant suivi l'enseignement de spécialité

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CORRECTION BAC METROPOLE
2016
PHYSIQUE CHIMIE
TS

exercice 1

1.1. Cas A :
1.1.1. La fréquence f₀ de ce signal est le nombre de bips sonores perçus par le détecteur par unité de temps.

1.1.2. Dans le cas d'une source immobile, T = T₀.

1.2. Cas B :
La source s'approche su détecteur, et donc la fréquence perçue par le détecteur est supérieure à celle émise par la source. Donc : f'> f₀.

Justification :
On sait que f = 1/T

$f' = 1/T'. \text{ Or } T' = T_0(1-VS/Vson)$

$f'=\frac{V_{son}}{T_0(V_{son}-V_S)}=\frac{V_{son}}{(V_{son}-V_S)}\frac{1}{T_0}=\frac{V_{son}}{(V_{son}-V_S)}f_0$

Or $V_S<V_{son}, \text{ donc } \frac{V_{son}}{(V_{son}-V_S)}>1$

Donc $f' > f_0$ .

2.1. $f_E = 10 MHz = 10 \times 10^6 Hz = 10^7 Hz$

Pour trouver le(s) type(s) de vaisseaux sanguins, il faudra déterminer la vitesse moyenne du sang avec le décalage indiqué dans l'énoncé et ensuite utiliser la Figure 2.

Vitesse moyenne du sang v est donnée par :

$V=\frac{V_{ultrason}}{2cos \theta}.\frac{\Delta f}{f_E}=\frac{1,57.10^3.1,5.10^3}{2.\frac{\sqrt{2}}{2}.10^7}=\frac{2,355.10^6}{2,828.10^7}\approx 0,083m.s^{-1}=8,3cm.s^{-1}$

Donc, d'après la figure 2. A cette vitesse on a : les artérioles.

2.2. Dans les mêmes conditions et pour les mêmes vaisseaux sanguins, si on augmente f_E, deltamaj

f augmente.

Justification :

$V=\frac{V_{ultrason}}{2cos \theta}.\frac{\Delta f}{f_E} \Rightarrow \Delta f=\frac{V.2.cos\theta}{V_{ultrason}}.f_E$

Or $\frac{V.2.cos\theta}{V_{ultrason}}$ est constant

Donc si f_E augmente, deltamaj

f augmente aussi.

3. f₀ = 8,1.10² Hz
3.1. Sur chaque figure, entre 2 portions de cercle successives, il y a 1 lambda

.
Echelle : 1,2 cm correspond à 1m.

Figure 4 : la distance entre le premier et le dernier cercle est égale à 2,6 cm. Et on compte $5\lambda_0$ .

Donc $5\lambda_0 =\frac{2,6\times 1}{1,2}\approx 2,16667m$

$\lambda_0\approx 0,43334m$

Figure 5 : la distance entre le premier et le dernier cercle est égale à 2,2 cm. Et on compte 5 lambda

'.

$5\lambda '=\frac{2,1\times 1}{1,2}\approx 1,75m$

$\lambda '=0,35m$

3.2. On sait que $f =\frac{V}{\lambda}$

$V = f.\lambda = f_0.\lambda_0 = 8.1.10^2.0,434\approx 351m.s^{-1}$

Cette valeur est comparable à la vitesse du son dans l'air, qui doit être de l'ordre de 340 m/s.

3.3. De même : $f = \frac{V}{\lambda}, f'=\frac{V}{\lambda '}=\frac{351}{0,35}\approx 10.10^2Hz$
$f'>f_0$

Oui, en accord avec le 1.2 puisque la fréquence perçue augmente quand l'hélicoptère s'approche.
La fréquence augmente, le son devient aigu.

3.4. D'après l'effet doppler :

$f'=\frac{f_0.V_{onde sonore}}{V_{onde sonore}-V_{hélicoptère}}$

$V_{hélicoptère}=\frac{V_{onde sonore}.\Delta f}{f'}=\frac{351.(10.10^2-8,1.10^2)}{10.10^2}=66,69m.s^{-1}=240Km.h^{-1}$

Une vitesse raisonnable pour un hélicoptère.

exercice 2

1.1. Formule développée linéaire de D-Glucose et carbones asymétriques :

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1.2. Les flèches courbes représentent les déplacements des électrons du site donneur vers le site accepteur.
Voir annexe

1.3 Oui.
Le glucose linéaire possède de fonction carbonyles (C=O), ce qui crée des liaisons d'hydrogènes avec d'autres molécules (O-H lié). Ces liaisons ne sont pas présentes dans les formes cycliques.

1.4. Le D-Glucose et le D-Fructose sont stéréoisomères parce qu'ils se différent par la configuration d'un seul carbone asymétrique.

1.5. A partir de alpha

-(D)-Glucose et beta

-(D)-fructofuranose (voir formules topologiques dans les données).

1.6. L'eau est un solvant polaire. Le saccharose contient un grand nombre des fonctions hydroxyles, ce qui le rend polaire aussi. Ainsi, il est très soluble dans l'eau.

1.7. L'acide joue le rôle du catalyseur chimique. Il est consommé en début de réaction et régénéré en fin de réaction.
On mesure le pH en début et à la fin de la réaction. La valeur du pH ne devrait pas être modifiée.

1.8. voir l'annexe ;

2.1. Formule semi-développée de l'éthanol : CH₃-CH₂OH

2.2. D'après la formule chimique de l'éthanol, on doit obtenir en RMN : 3 groupes de protons équivalents (Triplet, quadruplet et singulet).
Le spectre 2 est celui de l'éthanol.

2.3. Le % du saccharose dans la betterave est de : 19.5% en masse

Dans 1.25 kg de betterave, on a : 1.25*0.195 = 0.24375 Kg = 243,75 g de saccharose.

Donc, le nombre de mole de saccharose est n = m/M = 243,75 / 342 = 0.71 mole

Or d'après l'équation chimique :

n(éthanol) = 4*n (saccharose) = 2,85 mol d'éthanol.

Or, la masse d'éthanol est m = n*M = 2,85 * 46 = 131 g d'éthanol.

3.Volume (éthanol) = 3.10⁶ m³
rho

(éthanol) = 789.10³g/m² = m(éthanol)/V(éthanol)
=> m(éthanol) : rho

(éthanol) * V(éthanol) = 789000 * 3.10⁶=2367.10⁹g d'éthanol.
=> n(éthanol) = m/M = 2367.10⁹/ 46 = 51,46 .10⁹ mol. d'éthanol.

n (saccharose) = ¼(n éthanol) = 12,86. 10⁹ mol de saccharose.
=> La masse de saccharose nécessaire est m = n.M = 12,86.10⁹.342 = 44. 10¹¹g = 44.10⁵ tonnes.

Or le saccharose est de 19.5 % en masse de betterave.
Donc, m(betterave) = m(saccharose)/0,195 = 2,3.10⁷ tonnes de betterave.

On calcule le nombre d'hectares nécessaire x :
X = 2,3.10⁷tonnes / 74,8 = 301659 hectares.

De l'ordre de 10⁵ hectares.

(301659/10 millions) * 100 = 3 % de la surface cultivée en France en 2009.

exercice 3

1.1. D'après le texte la distance entre Tatoo1 et Tatoo2 est légèrement supérieure à 10 millions de km.

Sur la photo :
2*rayon = 7 mm
Et 10 millions de Km = 19 mm

Donc rayon $r = \frac{10*7}{19*2}=1,84$ millions de km environegal

2 millions de km

1.2.
rho

= m/V
=> m = rho

(Soleil) = $\frac{m(soleil)}{Vsoleil}=\frac{m soleil}{\frac{4}{3}\pi r^3}=\frac{2.10^{30}}{\frac{4}{3}\pi (7.10^{8})^3}=1392kg.m^{-3}$

V (Tatoo 1 ou 2) = $\frac{4}{3}\pi r^3=\frac{4}{3}\pi (2.10^9)^3=33,51.10^{27}m^3$
m(Tatoo 1 ou 2) = 1392.33,51.10²⁷ =46646.10²⁷ environegal

4,75.10³¹ Kg
Donc, de l'ordre de 10³¹ Kg.
10 fois plus dense que le soleil.

2.1. La distance entre la planète et les étoiles est beaucoup plus grande que celle entre les deux étoiles. Donc on considère que les deux étoiles sont confondues (une seule étoile), de masse totale = 2*masse d'une étoile = 2*4,75.10³¹Kg=9,5.10³¹ Kg

2.2.

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2.3. On se place dans un référentiel supposé galiléen
On applique la deuxième loi de Newton sur Tatooine :

$\sum \overrightarrow{F_{extérieures}}=m.\vec{a}=\vec{F}$

Or, $\vec{F}=\frac{G.M(Tatoo).m(tatooine)}{R^2}.\vec{n}=m(tatooine).\vec{a}$

On se place dans le repère de Frenet :
$\overrightarrow{a_{tg}}=0 \text{ et } \overrightarrow{a_n} = \frac{V^2}{R}.\vec{n}$

Donc, $a_n=\frac{V^2}{R}=\frac{G.M(Tatoo)}{R^2}$

fleche

$V=\sqrt{\frac{G.M(Tatoo)}{R}}=constant$

Et donc mouvement rectiligne uniforme.

2.4. Mouvement circulaire uniforme :
$V=\frac{2\pi R}{T}$

$T^2=\frac{4\pi^2}{G.M(Tatoo)}.R^3$

$T=\sqrt{\frac{4\pi^2}{G.M(Tatoo)}.R^3}=7,06.10^6s\approx 0,22 \text{ année sur terre}$

Par rapport à la période de la terre autour du soleil, une année sur Tatooine est égale à 0,22 année sur terre.

exercice 3 (SPECIALITE)

Questions préliminaires

1. Il faudra tout d'abord calculer l'énergie qui correspond à lambda

_C

$E = \frac{h.c}{\lambda}=\frac{6.63.10^{-34}.3.10^8}{1110.10^{-9}}\approx 0.0179.10^{-17} \text{ Joules }\approx 1.2 eV$

Et donc, on choisira la cellule en silicium polycristallin, du fait que son Gap correspond bien et qu'il un bon rapport qualité /prix et une durée de vie importante. Le monocristallin pourrait être choisit aussi (son gap correspond) mais son coût est très élevé.

2. L'énergie nécessaire pour élever 1 m³ d'eau d'une hauteur de 50m est E=m.g.h
1 m³ = 1000 L --------> 1000 Kg
E = 1000*9,8*50 = 49.10⁴ joules.

Problème.
Le volume d'eau quotidien est de 35 m³.

Calculons l'énergie nécessaire pour ce volume, sachant que pour 1 m³ il nous faudra 49.10⁴ Joules.

On obtient, E= 1,715.10⁷ Joules.

Ensuite on calcule la puissance moyenne nécessaire du moteur de la pompe, en prenant en compte 6 h (6*3600 = 21600 secondes) de fonctionnement : P = E/t

On obtient :
P_utile = (1,715.10⁷)/21600 = 794 W

Puis on calcule la puissance que devrait recevoir les panneaux solaires sachant que le rendement qu'on choisit est 5,2 % :
On obtient :

P_reçue = P_utile/0.052 = 15269 W.

Enfin, pour calculer la surface de panneaux solaires, il faut choisir une valeur de l'ensoleillement.

Le besoin important d'eau est dans la période de sécheresse et donc de Novembre à Avril (il faut se référer sur l'histogramme de la précipitation).

Ainsi, on choisira le minimum au 15 Janvier :

Puissance surfacique du rayonnement P_surf= 880 W.m².

On P_reçue = P_surf * S et Sachant que P_reçue est déjà déterminée

on obtient S = (P_reçue)/(P_surf) = 15269 /880 environegal

17,4m²

Donc, de l'ordre de 18 m² de panneaux solaires à installer.

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Publié par Tom_Pascal le 22-06-2016

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