1°) AG STI2D-SPCL 2014 Le dessalinisateur
Le dessalinisateur permet de dessaler l’eau de mer afin de disposer d’eau douce à bord. Le document ressource n°6 donne les caractéristiques du dessalinisateur choisi.
1. Pour une course de 100 jours et des besoins de 10 litres par jour, quelle masse d’eau devrait être embarquée au départ s’il n’y avait pas de moyen de production d’eau douce à bord ? Commenter.
On rappelle la masse volumique de l’eau : r = 1000 kg.m-3
2. Calculer le volume minimal d’eau douce produit par le dessalinisateur pour 2,00 heures de fonctionnement. Commenter ce résultat.
3. Dans le système international d’unités, un débit volumique doit être exprimé en m3.s-1. Convertir la valeur 5,7 L.h-1 en m3.s-1, puis exprimer le débit volumique DV sous la forme : DV = Dvmoy ± DDV
Vmoy est le débit volumique moyen
DDV est la tolérance sur le débit volumique
2°) Juin 2014 STI2D SPCL
A.1. Mesure du débit cardiaque (documents A.1)
Afin de tester la résistance cardiaque à l’effort du randonneur, son médecin décide d’effectuer une mesure de son débit cardiaque au repos puis au cours d’un effort intense. Les résultats sont indiqués dans le document A1-b.
A.1.1. Dans des conditions de repos, le débit cardiaque volumique à la sortie de l’aorte est d’environ Dv = 5,00 L.min-1chez un adulte. L’aorte a une section s égale à 3,00.10-4m² et le sang s’écoule dans cette artère à une vitesse moyenne notée v.
A.1.1.a) Relever dans le document A1-b la valeur de la fréquence cardiaque du randonneur au repos.
A.1.1.b) À l’aide des documents, retrouver la valeur du débit cardiaque Dv au repos, indiquée dans l’énoncé.
A.1.1.c) Montrer que le débit volumique dans l’artère est également de Dv = 8,4.10-5m3.s-1. A.1.1.d) Déterminer la valeur de la vitesse moyenne v d’écoulement du sang dans l’artère, en m.s-1.
A.1.2. Lors de l’effort intense du randonneur, on mesure l’évolution du volume de sang ventriculaire.
A.1.2.a) Relever dans les documents le volume de sang ventriculaire maximal mesuré lors de l’effort intense.
A.1.2.b) Ce volume correspondant au volume d’éjection systolique VES, en déduire la valeur du débit cardiaque Dv du randonneur lors de l’effort intense.
A.1.2.c) En effort intense, le débit cardiaque volumique des sportifs entraînés varient généralement entre 30 et 40 L.min-1. En déduire si le randonneur est un sportif entraîné.
B.3. La douche solaire (documents B.3)
Données utiles pour cette partie :Capacité thermique massique de l'eau : c = 4 180 J.kg-1.K-1. Masse volumique de l'eau : ρ = 1,00.103kg.m-3
Champ de gravitation : g = 9,81 N.kg-1 Unités de pression : 1,00 bar = 1,00.105Pa
Comme son nom l'indique, la douche solaire utilise l'énergie du soleil pour réchauffer l'eau qu’elle contient. Le principe de ces douches est simple (document B3-a). Le randonneur s'informe sur ce dispositif qu'il compte installer au point d'arrivée.
B.3.1. Sous quelle forme l'énergie reçue du soleil est-elle stockée dans la douche solaire ? B.3.2. Étude du fonctionnement de la douche lorsqu'elle contient 20 kg d'eau (document B3-b) :
B.3.2.a) Relever la température initiale qi de l'eau à l'instant initial puis la température qf
après trois heures de fonctionnement.
B.3.2.b) Calculer l'énergie absorbée par les 20 kg d'eau en trois heures d'exposition au soleil.
B.3.3. Expliquer l’intérêt de choisir du polyéthylène noir à la place d’un autre coloris.
B.3.4. À l’aide des documents B3-c et B3-d, calculer la hauteur minimale hA à laquelle il faut suspendre la douche pour pouvoir l’utiliser dans les conditions conseillées par le fabricant.
On détaillera toutes les étapes du raisonnement.
3°) Polynésie STI2D SPCL Juin 2015 L’huile du groupe hydraulique
Vous avez discuté de ce projet avec votre professeur de sciences physiques. Il étudie en ce moment avec vous la pression et le principe fondamental de l’hydrostatique.
Il vous propose alors une manipulation pour mesurer la masse volumique de l’huile utilisée
(g = 9,81 N.kg
-1) et p
0une pression de valeur constante (en Pa).
À l’aide du graphique ou du tableau du document 4, déterminer la valeur de la pression p
0.Que représente cette pression ?
A.1.2.3. À l’aide du graphique du document 4, déterminer la masse volumique r de l’huile.
A.1.2.4. On se propose d’écrire le résultat d’une mesure de pression p sous la forme : p = m ± Dp où m est le résultat d’une mesure et Dp l’incertitude sur p.
A.1.2.4.a) Estimer l’incertitude de lecture, a, sur la mesure de la pression 1013 hPa effectuée avec un pressiomètre de la société Jeulin® compte tenu des données ci-après.
A.1.2.4.b) En déduire l’incertitude Dp pour un niveau de confiance de 95 % telle que : Dp =
2a√
3.
A.1.2.4.c) Écrire le résultat final de la pression p sous la forme : p = m ± Dp en utilisant un nombre adapté de chiffres significatifs.
A.1.2.5. Le calcul d’incertitude est également conduit avec la profondeur z et l’intensité de la pesanteur g . On obtient alors, après calcul, l’incertitude sur la mesure de la masse volumique r. On trouve Dr = 33 kg.m
-3.
Évaluer la précision relative de la mesure de r dans ces conditions.
Commenter le résultat et faire une proposition pour améliorer la démarche.
A.1.2.6. Le résultat trouvé pour r dans la question A.1.2.3 est-il compatible avec
celui annoncé par la société Bosch ®, à savoir r = 812 kg.m
-3compte tenu de
l’incertitude commise sur r ?
4°) Juin 2015 Métropole STI2D
A.1. Le Matériau à Changement de Phase (MCP) des dalles de mortier
Les plafonds et planchers seront construits avec des dalles de mortier dont les alvéoles contiennent un MCP.
Les MCP très utilisés dans le bâtiment sont à base de paraffines ; le choix, qui dépend entre autres de la température de changement d’état solide-liquide et de l’enthalpie de fusion, doit se faire entre l’heptadécane C17H36 et l’octadécane C18H38.
On dispose de tous les renseignements nécessaires concernant l’octadécane ; par contre, pour l’heptadécane, il faut déterminer expérimentalement la température de changement d’état solide- liquide et l’enthalpie de fusion.
A.1.1. Les MCP à base de paraffines sont des matériaux organiques. Pourquoi sont-ils qualifiés d’organiques ?
A.1.2. En utilisant le document A1, expliquer brièvement pourquoi un MCP permet de limiter les besoins en chauffage.
A.1.3. On détermine dans un premier temps la température de changement d’état solide-liquide de l’heptadécane.
A.1.3.1. Expliquer ce qui a lieu au niveau microscopique lors de la solidification de l’heptadécane.
A.1.3.2. En utilisant le document A2, déterminer la température de changement d’état
l’enthalpie de fusion est telle que : UHf Hf
=UEeau Eeau
où UEeau = 0,4.103 J et Eeau = 3,53.103 J.
A.1.4.2.1. Citer deux sources d’erreurs possibles dans cette expérience.
A.1.4.2.2. Calculer avec un chiffre significatif l’incertitude de mesure de l’enthalpie de fusion de l’heptadécane.
A.1.4.2.3. On présente souvent un résultat de mesure sous la forme d’un intervalle encadrant la valeur exacte avec une probabilité de 95%. Les limites de l’intervalle sont :
• valeur minimale = résultat de la mesure – 2 x l’incertitude calculée ;
• valeur maximale = résultat de la mesure + 2 x l’incertitude calculée.
Calculer les valeurs encadrant la mesure de l’enthalpie de fusion.
A.1.5. Voici les renseignements trouvés pour l’octadécane, qui est l’autre matériau à changement de phase proposé par le chef de projet :
• la température de changement d’état solide-liquide : 28°C
• l’enthalpie de fusion : Hf octadécane = 244 kJ.kg-1. Quel MCP conseillez-vous ? Justifier votre réponse.
