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CORRIGE BAC BLANC PHYSIQUE CHIMIE 2013 LMB EXERCICE I ...

Ce dossier comporte des éléments de corrigé à l'attention des correcteurs. ... Nota : Il est rappelé que le nombre de points annoncés dans le sujet constitue un ..... dans le temps en raison de caractères physiques (usure), techniques ( obsolescence), juridiques (durée de protection d'un brevet). .... SI ( E4 > F4 ; E4 ? F4 ; 0 ) ...




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CORRIGE BAC BLANC PHYSIQUE CHIMIE 2013 LMB

EXERCICE I (9 points) Un peu d’Histoire

1. Textes de Galilée et Huyghens
1.1. Étude du texte de Galilée
1.1.1. La période du pendule est indépendante de la masse de ce dernier
1.1.2. Rapport des masses :  EMBED Equation.3  = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =  EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 103
Le résultat est conforme au texte de Galilée qui précise : « plus de cent fois »
1.2. Étude du texte de Huyghens
1.2.1.: «  la règle que les longueurs des pendules sont entre elles comme le carré des périodes » signifie que deux pendules différents de longueurs L1 et L2 et de périodes propres respectives T01 et T02 vérifient :  EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3  , c’est-à-dire que la longueur L du pendule est bien proportionnelle au carré de la période propre T0, soit : L = að T0 2.
1.2.2. « & . celui de la Cayenne fait des allées un peu plus lentes que celui de Paris & » :  EMBED Equation.3 >  EMBED Equation.3 
1.2.3.: «& .qu un même corps pèse moins sous la ligne (l équateur) que sous des climats qui s en éloignent& .» signifie :  EMBED Equation.3   EMBED Equation.3 

1.2.5. L = 3 pieds = 3 EMBED Equation.3 33,14 cm = 99,42 cm. Période propre à Paris : T0 = 2( EMBED Equation.3 = 2( EMBED Equation.3 = 2,00 s, valeur en accord avec l’affirmation de Huyghens : « …. la longueur du pendule qui mesure deux secondes étant de trois pieds…. »

2. Texte d’Issac Newton
2.1. Force  EMBED Equation.DSMT4 exercée par Jupiter sur Callisto :

2.2. La force exercée par Jupiter sur Callisto est orientée vers le centre de Jupiter («  tend au centre de Jupiter ») et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre le centre de Jupiter et celui de Callisto (« est en raison réciproque des carrés de leurs distances à ce centre »).
2.3.  EMBED Equation.DSMT4 
2.4. Le système est Callisto et son mouvement est étudié dans le référentiel « jovicentrique » supposé galiéen. La deuxième de Newton donne :  EMBED Equation.DSMT4 
Donc :  EMBED Equation.DSMT4  soit finalement :  EMBED Equation.DSMT4 
2.5. Le mouvement est circulaire (de rayon r) et uniforme (vitesse vC) donc :  EMBED Equation.DSMT4 
2.6. La norme du vecteur accélération de la question 2.4 est :  EMBED Equation.DSMT4 .
En utilisant la relation obtenue à la question 2.5 il vient :  EMBED Equation.DSMT4  soit  EMBED Equation.DSMT4 
Soit finalement, en ne conservant que la solution positive :  EMBED Equation.DSMT4 .

2.7. Étude de la période de révolution du satellite Callisto autour de Jupiter
2.7.1. Le périmètre 2.(.r de la trajectoire circulaire est parcouru pendant la période de révolution TC à la vitesse vC telle que :  EMBED Equation.DSMT4  soit, en élevant au carré :  EMBED Equation.DSMT4 .

Avec la relation obtenue au 2.6 :  EMBED Equation.DSMT4  il vient :  EMBED Equation.DSMT4  soit :  EMBED Equation.DSMT4 
Soit finalement, en ne conservant que la solution positive : EMBED Equation.DSMT4 .
2.7.2.  EMBED Equation.DSMT4  = 1,44 × 106 s = 16,7 j


3. Texte de Galilée

3.1. Étude de la trajectoire des satellites de Jupiter observés par Galilée.
3.1.1. Le figure 1 correspond au croquis (a) :
- on ne voit que trois des quatre satellites 
- deux satellites sont à gauche de Jupiter (Callisto et Europe) et un autre est à droite (Ganymède).
3.1.2. Lorsqu’un satellite passe derrière Jupiter, Galilée ne peut pas l’apercevoir dans sa lunette. C’est la raison pour laquelle, selon la configuration des satellites, il ne les observe pas tous en même temps.
3.1.3. Vue par Galilée, la trajectoire des satellites est un segment de droite.

3.2. Étude de la période de révolution de Callisto autour de Jupiter.
3.2.1. D’après la figure 1, le satellite Callisto est celui qui a le plus grand rayon orbital, c’est pourquoi à certaines dates, Callisto apparaît le plus éloigné de Jupiter pour Galilée.
3.2.2.a. Callisto est à nouveau le plus éloigné à l’est de Jupiter, le 27 février 1610.
3.2.2.b. La période de révolution est donc de TCObservé = 27 – 11 = 16 jours = 1,47.106 s.
Cela est largement compatible avec la valeur trouvée à la question 2.7.2. TC Calculé = 1,44.106 s (16,7 j).
Ecart relatif :  EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 2%


Exercice 2
1.


2.1.


2.2.

3.1.

3.2.




4.1.






4.2. Le carbone signalé par un astéristique est asymétrique, il est lié à 4 substituants différents.
4.3. Les molécules A et A’ sont images l’une de l’autre dans un miroir, elles sont donc énantiomères l’une de l’autre.
4.4. Un mélange racémique est, par définition, un mélange équimolaire des 2 énantiomères.
5. La demi-vie d’élimination est la durée au bout de laquelle le corps humain a éliminé la moitié de la dose de kétamine.
Exercice3 : en concert avec un orchestre symphonique.
Accorder son violon :

La hauteur d’un son correspond à la valeur de la fréquence de se son.

L’enregistrement concernant le diapason est une courbe périodique sinusoïdale, et que l’enregistrement concernant le violon est un signal périodique.

On constate que le spectre du diapason n’est constitué d’une seule fréquence f1 = 440 Hz, son pur, et que le spectre du violon est constitué de 8 fréquences, dont la première fréquence est f1 = 440 Hz, c’est un son complexe.

La fréquence f1 = 440 Hz caractérise la hauteur du son, pour le violon et le diapason, cette hauteur est identique pour les deux sons.

Par contre leurs timbres sont définis par l’allure des signaux enregistrés ou par les différentes fréquences constituant leurs spectres fréquentiels.

Les sons émis par le violon et par le diapason diffèrent par leur uniquement par leur timbre.

On appelle la première harmonique d’un spectre fréquentiel, ici f1 = 440 Hz, d’un son : le fondamental.

Par définition des harmoniques, on a : fn = n . f1


Pour la seconde harmonique du violon, on a : f2 = 2 x f1 f2 = 880 Hz
Pour la troisième harmonique du violon, on a : f3 = 3 x f1 f3 = 1 320 Hz


Se mettre au diapason :


À partir de la courbe 3 du document2 en annexe on détermine la valeur de la période des battements, est notée Tbatt :

On a 4 périodes Tbatt pour 9,6 cm, et 220 ms représentent 10,5 cm, soit :

D’où  QUOTE   soit Tbatt = 50 ms

La fréquence est égale à l'inverse de la période :  QUOTE  
donc  QUOTE  


Vérifions cette fréquence en appliquant la formule de l’énoncé :  EMBED Equation.3 

Les deux résultats sont du même ordre de grandeur, aux erreurs de mesures près.




2. Lorsqu’il n’y a plus de battement, fbatt = 0 Hz donc fb = fa : tous les violons sont accordés.


Niveau sonore et intensité sonore :

Le niveau sonore, exprimé en décibels (dB), d’une source sonore est donné par la formule



avec I l’intensité sonore de la source et I0 l’intensité de référence correspondant à l’intensité minimale audible.


Lorsqu’une source sonore émet une intensité sonore I=I0 alors :





On calcule d’abord l’intensité sonore I1 émise par un seul violon :

 QUOTE    QUOTE  


D’où  QUOTE   soit I1= I0 ×10L1/10 I1=1,0.10-4 W.m-2



Calcul du niveau sonore pour 10 violons jouant simultanément :


L’intensité sonore I’ = 2,0.10-1 W.m-2 est obtenu par n violons jouant chacun avec une intensité I1

Donc I’= n×I1 soit  QUOTE   violons.

Conclusion : Lors d’un concert, le nombre de violons est limité à une ou deux dizaine(s) : l’intensité sonore correspondant à des dommages de l’oreille ne sera pas atteinte

Violon chinois et violon alto :

Les sons si3 et la3 sont séparés de deux demi-tons alors, la note intermédiaire est le la3# ( voir document 4 de l’énoncé)on a

A l’aide de cette formule  EMBED Equation.3  on a:  QUOTE  
d’où fla3# = fla3 × 21/12

Donc fla3# = 440,0 ×21/12 = 466,2 Hz

De même pour la fréquence de la note si3 on a : QUOTE  
d’où fsi3 = fla3# × 21/12

Donc fsi3 = 466,2 ×21/12 = 493,9 Hz


De même pour la fréquence de la note do4, situé un demi-ton plus haut que le si3 ( voir doc4 de l’enoncé) on a : QUOTE   d’où fdo4 = fsi3 × 21/12

Donc fdo4 = 493,9 ×21/12 = 523,3 Hz

Le rapport des fréquences des sons do4 et do3 est :  QUOTE  =2

Conclusion lorsque l’on passe d’une octave à la suivante les fréquences des notes sont doublées.


Calcul de fréquences :

Fréquences Hzf1f2f3f4f5Violon chinois (Erhu)433,89867,791 301,681 735,582169,47Violon489,98979,961 469,941 959,922 449,90

Les fréquences des harmoniques des deux instruments correspondent aux maximums de la courbe C.

On peut constater que l’amplitude de l’harmonique 2 et de l’harmonique 5 sont très faible pour le violon alto contrairement à l’erhu. Ces deux fréquences sont donc très peu audibles pour le violon alto.







Corrigé Exercice 3 Spécialité: Surveillance des océans (5 points)

Partie I. S’approprier les notions de densité et de salinité.

1. D’après l’énoncé : « .....la température : une masse d’eau chaude est moins dense qu’une masse d’eau froide.... ».
La masse volumique  EMBED Equation.3 diminue lorsque la température augmente, car le volume augmente avec la température (dilatation), donc la densité diminue également.
Pour une eau de mer de densité égale à 1,024, on a le couple de valeurs (34 g.kg-1 ; 20°C), par exemple, pour la salinité et la température (voir doc.2).

2. Si d = 1,02597,  EMBED Equation.3 = 1,02597 g.cm-3 = 1,02597.103 kg.m-3, donc la masse m d’un volume
V = 1,000 m3 est égale à m =  EMBED Equation.3 .V = 1,02597.103 EMBED Equation.3 1,000 = 1,026.103 kg
La masse d’espèces dissoutes mespèces est reliée à la masse m de l’eau et la salinité S par l’expression S =  EMBED Equation.3 , donc mespèces = m.S = 1,02597.103 EMBED Equation.3 1,000 kg EMBED Equation.3 35 g.kg-1 = 35909 g
= 36 kg (2chiffres)

3. Pour déterminer la densité de l’eau de mer, il faut déterminer le couple de valeurs
(salinité ; température) à partir des données fournies en annexe,
 D’après le doc.3 : T = 21 °C (couleur jaune)
 D’après le doc.4 : S = 35,5 g.kg-1 (couleur jaune), d’où, d’après le doc.2 ci-contre : d = 1,025


4. D’après la définition donnée dans l’énoncé : « La salinité S est définie comme la masse en grammes d’espèces dissoutes contenues dans un kilogramme d’eau de mer. »
Pour déterminer la salinité d’une eau de mer, il faut donc déterminer la masse mespèces des espèces dissoutes dans une masse m d’eau de mer. Pour cela :
peser un ballon sec de 250 mL
introduire de l’eau de mer dans le ballon (une centaine de mL), noter la masse de l’ensemble, en déduire par différence la masse m de l’eau de mer
placer le ballon contenant l’eau de mer dans le chauffe-ballon, chauffer jusqu’à évaporation complète de l’eau
peser le ballon et son résidu sec et en déduire la masse des résidus secs mespèces
déterminer la salinité S en faisant l’opération S =  EMBED Equation.3 , exprimée en g.kg-1

Partie II. Mesurer la salinité des océans.

1. L’expression  EMBED Equation.3  =  EMBED Equation.3  est valable pour  EMBED Equation.3  < 10 mol.m–3. La solution de chlorure de potassium de référence a une concentration molaire en soluté apporté : c = 4,48.10–1 mol.L–1 = 4,48.10–1.103 mol.m–3 = 4,48.102 mol.m–3, soit une valeur  EMBED Equation.3  et  EMBED Equation.3  nettement supérieure à 10 mol.m–3, il est donc normal que la valeur mesurée soit différente de la valeur calculée, puisque l’expression de  EMBED Equation.3  proposée n’est plus valable dans les conditions de l’expérience.

2. K =  EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 0,922868993 soit 0,92287 avec 5 chiffres. On rentre la valeur précédente dans la mémoire de la machine à calculer, puis on effectue le calcul :
S = 0,0080 – 0,1692  EMBED Equation.3  + 25,3853  EMBED Equation.3 + 14,0941  EMBED Equation.3 – 7,0261 EMBED Equation.3  + 2,7081 EMBED Equation.3 
S = 0,0080 – 0,1692  EMBED Equation.3  + 25,3853  EMBED Equation.3 + 14,0941  EMBED Equation.3 
– 7,0261 EMBED Equation.3  + 2,7081 EMBED Equation.3 
S = 32 g.kg-1. Cette valeur est inférieure à la salinité de l’« eau de mer normale » (35 g.kg-1).


Partie III. La salinité des eaux de surface océanique et le climat.
1. On observe une diminution de la salinité au voisinage de la latitude 0°. Cette évolution n’est pas la même que celle de la température, qui atteint un maximum au voisinage de 0°. (Voir doc. ci-dessous)













2. La zone B a une salinité (39 g.kg-1+,TUVYv–ÝÞßæúûüý
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