Contrôle 4 : Sciences physiques.
Exercice 1: Propulsion verticale.
On considère un jouet constitué d’un tuyau vertical au fond duquel se trouve un ressort. Ce ressort peut être comprimé, une bille (immobile) est placée sur le ressort comprimé. Un dispositif permet de débloquer le ressort, celui-ci se détend et propulse la bille verticalement, la bille atteint alors le haut du tuyau au avec une vitesse v1 (voir schéma).
z
G
G
0 h
ressort comprimé ressort détendu v1
La force de propulsion (ressort sur bille) est supposée constante et vaut F= 8,4.10-2N.
L’intensité de la pesanteur vaut 9,81 m/s2. La bille a une masse de 5,2 g.
La hauteur h vaut 8,5 cm.
Partie A:
A.1. Déterminer l’expression de l’accélération de la bille lors de sa propulsion par le ressort.
A.2. Déterminer la coordonnée de l’accélération.
A.3. Etablir les équations horaires de la bille.
A.4. Déterminer la valeur de la vitesse v1. Partie B:
On étudie un autre jouet, il est identique au précédent, seule la tension du ressort est différente , la valeur de la vitesse v1vaut 1,4 m/s dans ce cas. On étudie cette fois le mouvement de la bille quand elle vient juste de quitter le ressort, sa vitesse est v1. On néglige les frottements de l’air.
B.1. Déterminer l’altitude maximale zmaxatteinte par la bille.
Exercice 2: Entrainement d’un astronaute.
La station spatiale internationale SSI (ou ISS : International SpaceStation) est positionnée dans l’espace c’est-à-dire au-delà de la couche atmosphérique terrestre. Quand les astronautes reviennent sur Terre, leur capsule animée d’une très grande vitesse (plusieurs km par seconde) est fortement freinée par l’atmosphère, les astronautes subissent alors une force équivalente à 7 ou 8 fois leur poids sur Terre, on dit qu’ils subissent « 7 ou 8 g» (g étant l’intensité de la pesanteur sur la surface de la Terre). Pour s’entrainer à subir cette force, les astronautes s’entrainent dans une centrifugeuse (voir photos et schéma), l’astronaute est placé dans une nacelle qui tourne à vitesse
constante : 28,7 m/s
centrifugeuse immobile
centrifugeuse en mouvement nacelle dans laquelle se place l’astronaute
bras de la centrifugeuse
position de l’astronaute dans la nacelle
schéma centrifugeuse et quelques forces exercées sur l’astronaute
axe de rotation socle contre-poids
nacelle bras
G L: longueur du bras
F
R
siège dossier
F : force exercée par le siège sur l’astronaute pendant la rotation du bras R : force exercée par le dossier sur l’astronaute .
Le poids de l’astronaute et la force R se compensent. On étudie lemouvement de l’astronaute, on assimilera l’astronaute à un point (centre de gravité G).
Autres données :
Valeur de l’intensité de la pesanteur à la surface de la Terre : g=9,81 m/s2 Longueur du bras : 18 m
Masse de l’astronaute avec son équipement 82 kg.
1. Établir l’expression du vecteur accélération.
2. Établir l’expression de la valeur F de la force F. Calculer sa valeur.
3. Montrer que l’astronaute dans la centrifugeuse en mouvement subit «plusieurs g», préciser le nombre de g.
Exercice 3 : Donnée : Masse molaire antalgique A : 203 g/mol
On réalise le titrage d’un antalgique A (calme la douleur) de formule RCOOH contenu dans un comprimé . -on réduit en poudre le comprimé dans un mortier à l’aide d’un pilon ;
- on sépare la molécule active (l’antalgique A) des excipients (partie «non-utile» du comprimé → amidon) par dissolution dans l’éthanol que l’on évapore ensuite (les excipients sont insolubles dans l’éthanol) ;
- on introduit la poudre obtenue dans un bécher et on ajoute environ 40 mLd’eau distillée ;
-le titrage est effectué à l’aide d’une burette graduée contenant une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na+(aq) + HO–(aq)) de concentration molaire apportée Cb= 0,20 mol.L-1. Le titrage est suivi par pH-métrie (les courbes obtenues sont tracées dans le document 1 ci-après).
Partie A :
1. Réaliser un schéma légendé du montage permettant d’effectuer le titrage.
2. Définir l’équivalence d’un titrage.
3. On rentre dans un tableur-grapheur les
différentes valeurs du pH mesurées en fonction du volume Vbde solution d’hydroxyde de sodium ajoutée. On utilise les fonctionnalités du tableur- grapheur pour dériver le pH par rapport à Vb, la grandeur obtenue est notée . Les courbes tracées suite au titrage pH-métrique sont pH = f(Vb) et ––––dpH = g(Vb) (document 1).
dVb
3.a. Parmi les courbes 1 et 2, quelle est celle qui représente pH = f(Vb) et celle qui représente = g(Vb) ? Justifier.
3.b. Déterminer la valeur du volume équivalent VE par une méthode de votre choix.
4. Écrire l’équation de la réaction support de titrage.
5. Quelles caractéristiques doit posséder une réaction chimique pour être utilisée lors d’un titrage ?
6. Déterminer la quantité de matière d’ionshydroxyde nE(HO–) versée àl’équivalence et en déduire la quantité de matière ni(A)d’antalgiquetitré.
7. Déterminer la masse md’antalgiqueA titré.
Partie B: Données :λNa+= 5,0 S.m2.mol–1etλHO–= 19,9 m2.mol–1
On recommence ce dosage mais cette fois on remplace le pHmètre par un conductimètre.
1. Écrire l’expression de la conductivité σ du milieu réactionnel (solution dans le bécher sous la burette) avant l’équivalence.
2. Même question aprèsl’équivalence.
3. Comment évolue la conductivitéσde la solution avantl’équivalence? Justifier.
4. Même question aprèsl’équivalence.
5. Tracerl’alluredu graphe représentant la conductivitéσde la solution en fonction du volume Vbversé.
