Correction Bac Phys. S Galiote

Exercice : I - LES RESULTATS

sujet

I - LES RESULTATS 1. Troisième loi de Newton. Si un corps A exerce sur B une force

alors B exerce une force sur A telle que

2.1.1 FA = ρ.V.g FA = 0, 21 N 2.1.2 P = m.g P = 1000 N

2.1.3 2.1.4 Bilan des forces 2.2.1 On intègre deux fois l'expression de la deuxième loi de Newton projetée dans le repère d'étude. On utilise les conditions initiales pour déterminer les constantes d'intégration. 2.2.2 y(x) = Ax2 + Bx.

Avec

2.3.1 2.3.2 V0  150 m.s-1. 2.3.4 Il faut une vitesse initiale supérieure à 150 m s-1. 3.1 Une oxydation. 3.2 L'anode est reliée à la borne positive du générateur.

3.3.1

et

3.3.2 On utilise

pour démontrer ce qui est demandé.

3.3.3 n(H2)  1,0 × 10 1 mol. 3.3.4 V(H2)  240 L.

II - LES RESULTATS COMMENTES ET DETAILLES 1. Pour éjecter loin un gros boulet il faut qu'il subisse une force importante. D'après la troisième loi de Newton le boulet exerce aussi (lors de son éjection) une force importante sur la structure de la galiote. Cette structure doit être capable d'y résister.

Enoncé de la troisième loi de Newton : Si un corps A exerce sur B une force

alors B exerce une force sur A telle que

[Ici, bientôt une représentation graphique]  Le schéma n'était pas obligatoire. 2.1.1 La poussée d'Archimède FA a pour valeur, le poids du volume d'air déplacé par le boulet : FA = ρ.V.g (avec V = 16 m3) FA = 1,3 × (1,6 × 10 -2) × 10. FA = 2,1 *10 -1. Soit FA = 0,21 N. Attention, c'est la masse volumique de l'air qui intervient. 2.1.2 Par définition P = m.g P = 100 × 10 Soit P = 1000N. 2.1.3 Donc on peut négliger FA devant P. 2.1.4 Puisqu'on néglige la poussée d'Archimède et les forces de frottement, le bilan des forces exercées sur le système {boulet} pendant le vol se résume à son poids  Il s'agit donc d'une chute libre.

.

2.2.1 D'après la deuxième loi de Newton :

 

(1)

On projette la relation (1) dans le repère d'étude.

(1)  Par une première intégration et en utilisant les coordonnées du vecteur vitesse initiale on obtient :

(1) 

Attention, ici l'axe des ordonnées étant orienté vers le haut, l'ordonnée de

est (-g).

2.2.2 On élimine le temps dans les équations horaires :

(2) 

(3) 

D'où ● Y (x) est de la forme Y(x) = Ax2 + Bx.

Avec

● g est en ms-2,cos  n'a pas d'unité et V02 est en m2s-2. On en déduit : m-1.

donc A est en

● tan  n'a pas d'unité, donc B n'a pas d'unité. 2.3.1 La portée est l'abscisse (non nulle) du point de la trajectoire dont l'ordonnée est nulle. D'après l'équation de la trajectoire : yM = 0 = xM (AxM + B) <=> xM = 0 ou xM = -

d n'étant pas nulle on a  A étant négatif, on a bien un valeur positive pour d.

2.3.2 On donne d = Si la valeur de Vo est fixée, d est maximale pour sin 2α = 1 On en déduit 2α = 90° soit α = 45°

2.3.3 Comme

Cela donne

alors

soit 1,5 × 10² m.s—1(=150m.s-1)  C'est environ la moitié de la vitesse du son dans l'air. 2.3.4 Les frottements diminuent la vitesse, donc la vitesse initiale doit être supérieure à celle trouvée précédemment si on veut la même portée maximale. 3.1 L'anode est le lieu de l'oxydation.  Moyen mnémotechnique : "anode" et "oxydation" commencent tous les deux par une voyelle. 3.2 D'après l'équation de la réaction, c'est l'ion chlore qui est oxydé en dichlore (oxydation = perte d'électrons) Donc à l'anode : 2 Cl—(aq) = Cl2(g) + 2e— Pour que les électrons libérés par cette oxydation quittent l'électrode, il faut la brancher à la borne + du générateur.  Le risque était grand de faire des confusions avec l'étude d'une pile électrochimique. 3.3.1 Le nombre d'électrons transférés :

N=

donc

de plus n (e—) =

donc  L'énoncé n'introduisant pas le faraday, il est mieux de ne pas l'utiliser. 3.3.2 D'après le tableau d'avancement, au bout de

donc n (H2) =

d'où n (H2) =  Un tableau d'avancement n'était pas obligatoire. 3.3.3

, n (H2) = x et n (e—) = 2x

 La notation 10 à la place de 1.0 x 101 ne permettait pas de respecter le nombre de chiffres significatifs. 3.3.4

240 L de dihydrogène seraient dégagés.

III - LES OUTILS : SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE ● Mise en évidence expérimentale de la possibilité, dans certains cas, de changer le sens d'évolution d'un système en imposant un courant de sens inverse à celui observé lorsque le système évolue spontanément (transformation forcée). - Réactions aux électrodes, anode et cathode. ● Application à l'électrolyse : principe et exemples d'applications courantes et industrielles. ● Ecrire les réactions aux électrodes et relier les quantités de matière des espèces formées ou consommées à l'intensité du courant et à la durée de la transformation, dans les piles et lors d'une électrolyse. ● Savoir que l'électrolyse est une transformation forcée. ● Connaissant le sens du courant imposé par le générateur, identifier l'électrode à laquelle se produit la réaction d'oxydation (anode) et l'électrode à laquelle se produit la réaction de réduction (cathode). ● Accélération : aG = lim t—0 (vG /t) = dvG/dt ; vecteur accélération (direction, sens, valeur). ● Deuxième loi de Newton appliquée au centre d'inertie. ● Faire l'inventaire des forces extérieures appliquées à ce système. ● Définir le vecteur accélération et exploiter cette définition, connaître son unité. ● Enoncer les trois lois de Newton. ● Connaître les caractéristiques de la poussée d'Archimède. ● Mouvement de projectiles dans un champ de pesanteur uniforme.  Application de la deuxième loi de Newton au mouvement du centre d'inertie d'un projectile dans un champ de pesanteur uniforme dans le cas où les frottements peuvent être négligés.  Equations horaires paramétriques  Equation de la trajectoire  Importance des conditions initiales

IV - LES DELIMITATIONS DE L'EXERCICE L'exercice est un gros exercice qui peut effrayer un peu au départ, au moins par son barème. Un exercice sur 7 points c'est rare ! Cependant on se rend vite compte qu'il n'est en fait que la juxtaposition de deux exercices plus modestes. L'un de physique sur la mécanique et l'autre sur l'électrolyse. Ces deux thèmes avaient d'ailleurs été correctement pressentis dans nos pronostics. L'exercice de mécanique se cantonne au cas classique de l'étude d'un mouvement plan dans un

champ de pesanteur uniforme. C'est un exercice très guidé où il est souvent possible de s'apercevoir de ses éventuelles erreurs de calcul. La partie sur l'électrolyse n'est pas non plus très originale. On commence par identifier les réactions aux électrodes puis par une étude stœchiométrique on prévoit un volume de gaz produit. Il n'y a pas de difficultés particulières, pour peu que la chimie de première S soit bien assimilée. Il est à noter que les aides aux calculs fournies obligeaient à utiliser la notation scientifique.