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Correction du devoir commun de sciences physiques

TD de DYNAMIQUE DU SOLIDE EN ROTATION. M5. Exercice 1. Le moment d' inertie du rotor d'un moteur de machine électrique s'oppose à sa .... a) Calculer en appliquant le principe fondamental de la dynamique l'accélération angulaire.




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Correction du devoir commun de sciences physiques


Exercice 1 : de la nécessité d'utiliser la ceinture de sécurité (13 points)
Partie I : étude du mouvement entre M0 et M7
Description du mouvement
Les points étant alignés, le mouvement est rectiligne. Les distances parcourues par le point M pendant des durées égales (40 ms) sont égales donc la vitesse est constante : le mouvement est rectiligne uniforme. (4SYMBOL 180 \f "Symbol"\h0,25 = 1 point)
M1M3 = 3 cm sur le dessin soit en réalité d = 3 SYMBOL 180 \f "Symbol"\h 0,5 = 1,5 m (1 point 0,5 si pas d unité ou unité fausse)
La position de M est repérée toutes les 40 ms donc ”t = t3-t1 = 2SYMBOL 180 \f "Symbol"\h40 ms = 80 ms (0,5 point 0 si pas d unité ou unité fausse)
v = d/”t = 1,5/(80.10-3) = 18,75 m.s-1 (0,5 point pour la formule + 0,5 point pour le calcul 0 si pas d’unité ou unité fausse)
Dans le référentiel de la voiture, le passager est immobile puisqu’il est assis dans la voiture et donc ne bouge pas par rapport à elle. Dans le référentiel terrestre, il est en mouvement car la voiture se déplace par rapport à un objet immobile sur terre. On ne peut donc parler de mouvement ou d’immobilité sans préciser le référentiel de l’étude. (1 point)
Bilan de force

Cette force est couramment appelée le poids. (0,25 point)
Son intensité est donnée par la relation P = mSYMBOL 180 \f "Symbol"\hg = 60SYMBOL 180 \f "Symbol"\h10 = 600 N (0,25 point pour la formule + 0,25 point pour le calcul 0 si pas d’unité ou unité fausse)
Le vecteur poids est vertical, dirigé vers le bas, appliqué au point G. En choisissant l’échelle 1 cm représente 200 N ce vecteur force sera représenté par un vecteur de longueur 3 cm à partir du point G. (0,25 point pour la direction + 0,25 point pour le sens + 0,25 pour le point d’application + 0,5 point pour la norme du vecteur avec l’échelle)

« Dans le référentiel terrestre, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent, et réciproquement. » (1 point)
Ici, le passager est soumis à deux forces : son poids et la force exercée par le siège. Le passager ayant un mouvement rectiligne uniforme dans le référentiel terrestre, d’après le principe d’inertie, ces deux forces se compensent. Les deux forces ayant la même direction, elles ont la même valeur d’où F = P = 600 N raisonnement (0,5 point pour le raisonnement + 0,25 point justification + 0,25 pour la valeur de F)
Cette force est verticale vers le haut, appliquée au point A et est représentée par un vecteur de longueur 3 cm. (0,5 point)

Partie II : étude du mouvement après M7
Vitesse de la voiture par rapport à la route
Les points représentant la position du point M sont de plus en plus rapprochés alors que la durée écoulée entre deux repérages reste identique donc la vitesse diminue. (1 point)
Mouvement du passager
Le passager est toujours soumis à des forces qui se compensent donc, d’après le principe d’inertie, il a un mouvement rectiligne uniforme par rapport à la route. (1 point)
Le passager continue d’avancer à la même vitesse par rapport à la route (cf. réponse précédente) alors que la vitesse de la voiture diminue par rapport à la route (la voiture ralentit). Donc le passager avance plus vite que la voiture (par rapport à la route) et est projeté vers l’avant de la voiture : d’où la nécessité de la ceinture de sécurité pour éviter d’être projeté contre le pare-brise !!! (1 point  0 si non justifié ; -0,5 si on ne précise pas les référentiels)
Partie III : étude globale du mouvement
D’après les études précédentes, la vitesse de la voiture est dans un premier temps constante puis diminue jusqu’à être nulle : cette évolution correspond au graphe 2.
La distance parcourue augmente puis augmente moins vite lorsque la voiture freine puis reste constante lorsque la voiture est arrêtée : cette évolution correspond au graphe3. (0,5 point + 0,5 point 0 si non justifié)


Exercice 2 : le spectre du Soleil (7 points)
On observe un fond coloré sur lequel apparaissent quelques raies noires, il s’agit donc d’un spectre d’absorption de raies. (1 point)
La chromosphère du soleil est constituée de gaz à faible pression. Quand la lumière blanche du soleil traverse ces gaz, certaines radiations son absorbées. On obtient ainsi un spectre continu dans lequel il manque quelques raies noires. (1 point)
Aucune raie n’apparaît entre 505 et 510 nm, la chromosphère du soleil n’est donc pas constituée de Nickel dont la longueur d’onde d’émission est à 508 nm. (1 point)
On trace la normale (ou perpendiculaire) à la surface du prisme passant par le point d’incidente. L’angle i correspondant à l’angle entre le rayon incident et cette normale. (0,5 point)
D’après la loi de Descartes : nair.sin i = nverre.sin r avec nair = 1 et nverre(violet) = 1,513.
On obtient donc sin r = sin i/nverre = sin 30 / 1,513 = 19,30°. (2 point= nom de la loi 0,5 + exp littérale 0,5 + calcul 1)
rV < rR. Les radiations lumineuses violette et rouge ne sont pas déviées dan la même direction. Le prisme permet ainsi de séparer toutes les radiations d’une lumière blanche, c’est un système dispersif. (1,5 point)

Exercice 3 : la mer Morte (14 points)
Partie I : étude de l’élément chlore /3,5
(K)2 (L)8 (M)7 (0,5 point)
Il se situe à la troisième ligne (car il a 3 couches électroniques) et à la septième colonne (car il a 7 électrons sur sa couche externe). (1 point dont 0,5 pour la justification (2 SYMBOL 180 \f "Symbol"\h 0,25)).
Il appartient à la famille des halogènes. (0,5 point)
Il a tendance à former l'ion Cl- : en appliquant la règle de l'octet, l'atome cherche à avoir 8 électrons sur sa couche externe pour être stable ; il captera donc un électron supplémentaire.(1,5 point dont 1 point pour la justification)
Partie II : préparation d’une solution de chlorure de sodium de concentration connue /6
M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 g.mol-1. (1 point)
n = C SYMBOL 180 \f "Symbol"\h V = 3,42 SYMBOL 180 \f "Symbol"\h 0,2 = 6,84.10-1 mol (1,5 point dont 0,5 pour la formule, 0,5 pour le calcul et 0,5 pour le résultat avec l'unité)
m = n SYMBOL 180 \f "Symbol"\h M = 0,684 SYMBOL 180 \f "Symbol"\h 58,5 = 40,0 g (1,5 point)
Il pèse 40,0g de chlorure de sodium dans une capsule avec une balance. Il verse le sel dans une fiole jaugée de 200mL. Il rince la capsule avec l'eau distillée et verse cette eau de rinçage dans la fiole afin de récupérer tous les cristaux de sel. Il remplit au ¾ la fiole jaugée avec de l'eau distillée. Il l'agite jusqu'à dissolution totale des cristaux. Il complète alors la fiole jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Il agite une dernière fois pour homogénéiser la solution. (2 points)
Partie III : utilisation de la courbe /4,5
1,5 point pour la position des points sur le graphique et le tracé à la règle de la droite d'étalonnage.
Á = m/V = 0,13/0,1 = 1,30 kg.L-1 (1 point dont 0,5 pour la formule)
lecture graphique : C = 5,1 mol.L-1 (1 point : il faut que le point apparaisse sur le graphique sinon 0,5 point)
Du sel s'est déposé au fond car la solution est saturée en chlorure de sodium. La concentration en sel a atteint sa valeur maximale car si le volume du solvant diminue, la concentration augmente (C = n/V) (1 point)

Exercice 4 : de l’alcool au vinaigre (6 points)

Les réactifs sont l’éthanol et le dioxygène. Les produits sont l’acide éthanoïque et le dioxyde de carbone. (1 point : 0,25 point par espèce chimique)
On peut montrer que le vinaigre contient un acide à l’aide de papier pH. (0,5 point)
 (1 point)



L’éluant employé est un mélange d’hexane et d’ester. (0,5 point) Son rôle est d’entraîner sur la plaque à chromatographie les espèces chimiques présentes dans le vinaigre et dans l’acide éthanoïque. (0,5 point)
Le révélateur est le vert de bromocrésol qui devient jaune en présence d’acide. (0,5 point)
Dessin du chromatogramme avec deux tâches à la même hauteur. (1 point dont 0,5 point pour les tâches à la même hauteur + 0,25 ligne de dépôt + 0,25 endroit de chaque dépôt)
La tâche provenant du dépôt de vinaigre est à la même hauteur que celle de l’acide éthanoïque234€¥¦«¬Æ
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