Cours distribué - WORD v2012-2013 partie chimie

Classes de 5e
Classes
de 5e
Physique
Lycée Aline Mayrisch
CHIMIE/PHYSIQUE
Chimie
Nom :______________________________
Chapitre 1 – Changements d’état – Matière, corps purs et mélanges
1.1. La matière
En chimie, le mot « corps » désigne le matériau dont est
constitué un objet.
Ex. de corps chimiques : ______________________________________.
Chaque corps a une masse et occupe un volume.
1.2. Les corps purs
Un corps pur est un corps qui n’est constitué que d’un seul
type de substance. Il possède des propriétés
caractéristiques, bien définies et invariables.
Ex. de corps purs : _______________________________________.
1.3. Les états de la matière
La matière peut se présenter sous trois états différents :
solide, liquide ou gazeux.
1.4. Propriétés des états
Complète chacune des cases ci-dessous à l’aide des mots « fixe » (si la grandeur examinée ne peut pas être changée),
ou « variable » (si la grandeur examinée peut être changée).
Solide
Liquide
Gaz
Forme
Volume
1.5. Changements d’état
Dans quels états l’eau se trouve-t-elle dans le paysage ci-dessous ?
C-2
a. Influence de la température :
Activité : Complète le texte suivant :
On sait que,
- si la glace est chauffée, elle _______________.
-
si l’eau est chauffée fortement, elle _______________.
(petite aide : http://leconjugueur.lefigaro.fr/conjugaison/verbe/bouillir.html)
Par ailleurs,
- si la vapeur d’eau est refroidie, elle _______________.
-
si l’eau est refroidie, elle _______________.
Expérience : Du diiode est chauffé dans une flamme. Refroidissons-le ensuite.
Observations : ___________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
On appelle
• sublimation le passage direct de l’état solide à l’état gazeux,
• resublimation le passage direct de l’état gazeux à l’état solide
b. Influence de la pression :
Observation : Les bonbonnes « Campinggaz » contiennent un liquide. Mais en ouvrant le robinet, un gaz
s’échappe.
Expérience : Un ballon rempli d’eau est mis sous vide à l’aide d’une pompe à vide.
Observation : L’eau ______________________ à température ambiante.
Conclusion. : Les états de la matière sont également influencés par _____________________________.
C-3
Activité : compléter le diagramme des états d’agrégation :
Remarques : On distingue entre
-
Evaporation qui désigne le passage lent de l’état liquide à l’état gazeux et qui se fait à toute t°
-
Ebullition qui désigne le passage rapide de l’état liquide à l’état gazeux et qui se fait à une t°
constante qu’on appelle température d’ébullition .
Exercice C1 : * Complète le texte suivant !
Lors d’une augmentation de la __________________________, la plupart des corps solides passent à l’état
_________________ : ce changement d’état s’appelle __________________________. Certains corps
solides passent directement à l’état _______________________ dans ces conditions : ce changement d’état
s’appelle ___________________________.
Lors d’une _______________________________ de la pression, un corps à l’état _____________________
devient en général d’abord _________________________ (ce changement d’état s’appelle condensation), et
puis _____________________ (ce changement d’état s’appelle __________________________).
C-4
1.6. Le modèle corpusculaire
La matière est formée de particules fondamentales de très petite taille (10-8 m), représentées par des boules.
Caractéristiques de l’état solide
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
Concl. :
forme et volume déterminés
durs
Fusion
Les particules sont soumises à une agitation thermique de plus en plus
forte, ce qui fait que le réseau est détruit.
Caractéristiques de l’état liquide
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
Concl : forme variable, mais volume déterminé
Ebullition
L’agitation thermique est devenue assez grande pour que les particules
puissent quitter le liquide.
Caractéristiques de l’état gazeux
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
Concl :
Masse volumique faible
Les gaz peuvent être comprimés
Exercice C2 : *
Schématise les situations suivantes à l’aide du modèle corpusculaire !
a. Le sel est un solide.
b. Des glaçons fondent.
c. Du dioxyde de carbone solide sublime.
d. Dans l’atmosphère, la vapeur d’eau condense en gouttelettes d’eau.
C-5
1.7. Les mélanges (Rappel)
Un mélange est constitué d’au moins 2 corps purs.
Mélange hétérogène : mélange où l’on peut distinguer les composants à l’œil nu.
mélange
désignation
solide - solide
/
solide - liquide
suspension
liquide - liquide
émulsion
exemple
brouillard
liquide - gaz
mousse
fumée
solide - gaz
mousse
Mélanges homogènes : mélange où l’on ne peut pas distinguer les composants à l’oeil nu
mélange
désignation
solide - solide
alliage
exemple
solide - liquide
liquide - liquide
solution
liquide - gaz
gaz - gaz
/
Exercice C3 : *
Voici quelques exemples de mélanges. Indique pour chaque mélange s’il s’agit d’un mélange hétérogène ou
homogène, ainsi que le nom de ce type de mélange !
a. jus de pomme filtré : ______________________________________________________________
b. eau de mer : ______________________________________________________________
c. eau pétillante : ______________________________________________________________
d. vinaigrette à base d’huile et de vinaigre : ____________________________________________________
e. nuage : ______________________________________________________________
f. sel gemme (mélange de sel et de sable/cailloux) : _____________________________________________
g. bronze : ______________________________________________________________
C-6
Exercice C4 : **
Voici quelques schémas représentant différents mélanges selon le modèle corpusculaire. Indique pour
chaque schéma le type de mélange représenté, et motive ta réponse !
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
a. _________________________________________________________________________________
b. _________________________________________________________________________________
c.
_________________________________________________________________________________
d. _________________________________________________________________________________
e. _________________________________________________________________________________
f.
_________________________________________________________________________________
g. _________________________________________________________________________________
h. _________________________________________________________________________________
C-7
1.8. La séparation de mélanges (Rappel)
•
•
•
Travail à domicile
Révise les méthodes de séparation ci-dessous et réponds ensuite aux questions.
Sur internet, recherche le matériel du montage de distillation et complète le schéma en bas de cette
page.
Résous également les exercices que ton professeur t’indiquera.
a. Filtration : procédé qui permet la séparation des constituants d’une suspension.
Ex. : café-filtre dans une cafétière
Montage :
Modèle corpusculaire :
Principe : Le papier filtre est doté d’une multitude de pores minuscules. Les particules de liquide passent à
travers les pores du filtre parce qu’elles peuvent se déplacer librement. Les particules de solide par contre
sont associées et sont donc trop grandes pour passer à travers les pores.
b. Extraction magnétique : procédé qui permet la séparation des constituants
d’un mélange dont un est magnétique.
Ex : séparation d’un mélange aluminium - fer
c. Décantation : procédé qui permet de séparer des liquides non-miscibles et de masse
volumique différente.
Le mélange à séparer est introduit dans une ampoule à décanter. Un liquide se superpose à
l’autre, et le liquide inférieur peut être récupéré en ouvrant le robinet.
Ex. : la décantation d’une émulsion d’eau et d’huile
d. Evaporation : procédé qui permet d’isoler un soluté solide à partir d’une solution.
La solution est versée dans une capsule en porcelaine et chauffée. Le solvant entre en
ébullition et s’échappe sous forme gazeuse. Le soluté persiste.
Ex. : évaporation de l’eau salée
C-8
e. la distillation : procédé qui permet d’obtenir des liquides purs à partir d’une solution.
1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:
8:
Ex. : obtention d’eau distillée à partir d’eau de conduite
Questions:
1. En vous basant sur le modèle des particules, décrire le principe sur lequel se base la filtration.
2. Sur quelle propriété physique se base la séparation magnétique ?
3. Rechercher (sur internet ou dans un ouvrage spécialisé) quels métaux peuvent être attirés par un
aimant.
4. Décrire le fonctionnement du procédé de la distillation. Citer quelques exemples de produits utilisés
dans la vie quotidienne et qui ont été distillés.
5. L’alcool et l’eau sont des liquides à température ambiante. Pourquoi est-ce qu’on ne peut pas
séparer un mélange d’alcool et d’eau par décantation ?
6. Citer quelques désavantages de l’évaporation par rapport à la distillation.
Exercice C5 : *
Cite quelques applications des techniques décrites ci-dessus!
Exercice C6 : **
Explique, éventuellement à l’aide d’un schéma, pourquoi l’on ne peut pas séparer une solution (par exemple
un mélange de sel et d’eau) par une filtration !
Exercice C7 : **
L’acide formique est un liquide incolore qui est très bien soluble dans l’eau. L’eau et l’acide formique forment
donc une solution. Or, lorsqu’on essaie de séparer ce mélange par distillation, on constate qu’aucune
séparation n’a lieu. Comment peut-on expliquer ce résultat ?
Aide : Considère les températures d’ébullition de ces deux corps purs (téb (acide formique) = 100°C).
Exercice C8 : **
Comment peut-on séparer un mélange formé d’huile et d’eau salée en tous ses constituants à l’aide des
méthodes présentées ci-dessus ?
C-9
Exercice C9 : **
Comment peut-on séparer un mélange formé de poudre de fer, de sel et de sable à l’aide des méthodes
présentées ci-dessus ?
Exercice C10 : ***
Voici le graphique obtenu en mesurant la température à la tête de colonne lors de la distillation d’un
mélange de constituants inconnus. Détermine les constituants de ce mélange à l’aide du tableau ci-dessous,
et motive ta réponse !
Corps pur
acétone
benzène
chloroforme
eau
éthanol
méthanol
tétrachlorométhane
t°ébullition (°C)
56
80
62
100
78,5
65
77
C-10
solubilité dans l’eau
très bonne
mauvaise
mauvaise
très bonne
très bonne
très bonne
mauvaise
Chapitre 2 – La réaction chimique
2.1. Réactifs et produits
Exp. : Brûlons un ruban de magnésium.
Obs. :
______________________________________________________________
________________________________________________________
Concl. : Caractéristiques d’une réaction chimique :
Il y a formation d’au moins un nouveau corps
Une réaction chimique est accompagnée d’un échange d’énergie
avec le milieu extérieur (ici : lumière et chaleur)
Lors d’une réaction chimique, un ou plusieurs corps initiaux sont transformés en un
ou plusieurs corps finaux nouveaux.
On appelle
les corps initiaux : réactifs
et les corps finaux : produits.
Toute réaction chimique est accompagnée d’un échange d’énergie avec le milieu
extérieur.
Si le magnésium réagit avec le dioxygène de l’air il se forme de l’oxyde de magnésium.
Simplification : _______________________________________________________________
«
» indique qu’une réaction chimique a lieu !
Exercice C11 : *
Résume les réactions suivantes en utilisant la notation simplifiée décrite ci-dessus !
a. Le cuivre et le soufre réagissent pour former du sulfure de cuivre.
b. Le dichlore réagit avec le sodium pour former du chlorure de sodium (= sel de cuisine).
c. Le zinc réagit avec l’acide chlorhydrique avec formation de dihydrogène et de chlorure de zinc.
d. Lors de la réaction entre le fer, l’eau et le dioxygène, il se forme de la rouille.
2.2. Corps simples et corps composés – Analyse et synthèse
2.2.1. Analyse
Exp. : Electrolyse de l’eau
Un appareil de Hofmann est rempli d’eau distillée. On
applique un courant électrique aux électrodes.
Obs. : ____________________________________________
_________________________________________________
Identification des gaz :
Electrode - (cathode) : le gaz brûle avec un bruit
sifflant : c’est le dihydrogène
Electrode + (anode) : le gaz enflamme un tison en
incandescence : c’est le dioxygène.
C-11
L’eau a été décomposée en dioxygène et en dihydrogène par électrolyse. (Electro- : courant électrique ; lyse : séparation)
Aucun des deux gaz obtenus ne peut être décomposé, ce sont des corps simples.
L’eau peut être décomposée en des corps simples, l’eau est un corps composé.
Corps composé :
corps pur formé par
association d’au moins
2 corps simples.
Analyse :
réaction au cours de laquelle
un corps composé est
décomposée en corps simples.
Corps simple :
corps pur qui ne peut pas
être décomposé en
d’autres corps.
2.2.2. Synthèse
Exp. : Chauffons 7 g de fer et 4 g de soufre dans un tube à
essais.
Obs. : _____________________________________________
____________________________________________________________________
Concl. : ______________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
On appelle « synthèse » une réaction au cours de
laquelle deux corps simples se transforment en corps
composés.
Exercice C12 : *
Résume les réactions suivantes à l’aide de la notation simplifiée, et indique pour chaque réaction s’il s’agit
d’une analyse ou d’une synthèse !
a. Le cuivre réagit avec le soufre pour former du sulfure de cuivre.
b. Lorsqu’on chauffe de l’oxyde d’argent, il se forme du dioxygène et de l’argent métallique.
c. Le dioxyde de carbone se forme à partir de carbone et de dioxygène.
d. Le dichlore réagit avec le sodium pour former du chlorure de sodium (= sel de cuisine).
e. Le minerai bauxite est décomposé en aluminium et en dioxygène.
Exercice C13 : **
Lorsque le corps pur ammoniac est chauffé à des températures supérieures à 630°C, il y a formation de
deux gaz incolores :
le gaz 1 éteint une flamme, mais ne trouble pas l’eau de chaux,
le gaz 2 est inflammable.
a. Quels sont ces deux gaz ?
b. Résume la réaction à l’aide de la notation simplifiée !
c. Que peux-tu conclure sur la nature chimique du gaz ammoniac ? Motive ta réponse !
C-12
Chapitre 3 – Le modèle atomique de Dalton
3.1. Loi de la conservation de la masse
Antoine Lavoisier - « père » de la chimie moderne - était le premier à introduire la
balance dans ses travaux.
Exp. 1 : Pesons un tube à essais contenant du fer et du soufre dans le rapport
7g/4g :
Masse avant la réaction : m = _____________
Chauffons le contenu du tube à essais.
Obs. : Le mélange devient incandescent. Il se forme un
solide gris-noir : sulfure de fer.
Masse après la réaction : m = _______________
Exp. 2 : Pesons de l’acide chlorhydrique et un morceau
de craie.
Masse avant la réaction : m = _____________
Obs. : Une vive effervescence se produit, il y a
dégagement d’un gaz incolore.
Masse après la réaction : m = _______________
Concl : la masse de l’ensemble n’a pas changé lors de la
réaction, elle a été conservée.
Loi de la conservation de la masse (1789) :
La masse totale des produits d’une réaction chimique est égale à la masse totale
des réactifs :
mréactifs = mproduits
« Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme. »
Exercice C14 : *
Pour les situations décrites ci-dessous, indique les réactions à l’aide de la notation simplifiée, puis réponds
aux questions posées !
a. 7g de fer réagissent avec 4g de soufre pour former du sulfure de fer. Détermine la masse de sulfure de
fer formée !
b. Le magnésium réagit avec le dioxygène pour former de l’oxyde de magnésium. A partir de 3g de
magnésium, on obtient 5g d’oxyde de magnésium. Détermine la masse de dioxygène qui a réagi !
c. Lorsqu’on chauffe l’oxyde d’argent, il se décompose en argent et en dioxygène. En chauffant 7g d’oxyde
d’argent, on obtient 6,5g d’argent. Détermine la masse de dioxygène libéré !
Exercice C15 : **
Pourquoi faut-il toujours fermer les récipients avec un ballon ?
C-13
Exercice C16 : **
Pesons un morceau de laine de fer.
Enflammons la laine de fer à l’aide d’un brûleur Bunsen. Une incandescence se propage à travers toute la
laine de fer, et un solide gris-bleuâtre se forme : l’oxyde de fer.
Pesons l’oxyde de fer formé lors de la réaction : la masse de l’oxyde de fer formé est supérieure à celle de la
laine de fer initiale. Comment peut-on expliquer ceci ?
C-14
3.3. Le modèle corpusculaire – un modèle insuffisant ?
Nous venons de voir que les particules d’eau doivent contenir des particules d’oxygène et de particules
d’hydrogène (§ 2.2.1. p. 11).
Or, selon le modèle corpusculaire, chaque corps pur (comme l’eau) est constitué de particules
fondamentales indivisibles.
Ceci est en contradiction avec le modèle corpusculaire.
Le même raisonnement s’applique aux particules de sulfure de fer (corps pur, donc en principe indivisible)
qui sont constituées de particules de fer et de particules de soufre (§ 2.2.2. p. 12).
Le modèle corpusculaire ne nous permet donc pas d’expliquer les réactions chimiques : il est
insuffisant. Il faut alors développer un nouveau modèle, plus élaboré, qui permet d’expliquer ces faits.
C’est le physicien et chimiste anglais John Dalton qui était le premier à développer un tel nouveau modèle.
3.4. Hypothèses atomiques de Dalton
La loi de la conservation de la masse est, comme toutes les lois scientifiques, issues de
l’observation. Il s’agit maintenant d’interpréter ou d’expliquer cette loi à l’aide d’un
modèle.
La loi de la conservation de la masse ainsi que d’autres lois découvertes au cours du 18e
siècle (non traitées ici) ont permis d’élaborer un modèle plus performant de la matière
que ne l’était le modèle corpusculaire. Le physicien et chimiste anglais John Dalton
présentait en 1808 un modèle tenant compte de toutes les nouvelles découvertes. Il
formulait les hypothèses suivantes :
•
La matière est constituée de particules
fondamentales indivisibles par voie chimique et
physique : les atomes.
•
Des atomes égaux entre eux représentent un
même élément chimique. Ils se distinguent des
atomes d’un autre élément par leur masse et
leur taille.
•
Les atomes ne peuvent être ni détruits, ni
produits par des réactions chimiques.
•
Les atomes des différents éléments peuvent se
lier entre eux dans un rapport déterminé.
Différents atomes selon le modèle de
Dalton
Le modèle décrit par ces hypothèses nous permet d’interpréter les lois fondamentales.
Reprenons la réaction entre le fer et le soufre : fer + soufre
sulfure de fer
Selon les hypothèses de Dalton, des atomes de fer et de soufre se lient entre eux au cours de cette réaction.
Supposons qu’un atome de fer se lie à un atome de soufre (cas le plus simple, qui correspond en plus à la
situation réelle).
C-15
Nous pouvons alors représenter cette réaction au niveau atomique :
fer
+
soufre
sulfure de fer
3.5. Interprétation de la loi de la conservation de la masse
Au cours de la réaction, les atomes de soufre s’associent aux atomes de fer. Les atomes des réactifs sont
donc réarrangés pour former les produits. Mais comme le nombre total d’atomes ne change pas au cours de
la réaction, la masse des produits est égale à celle des réactifs.
3.6. Corps purs simples et composés
Selon le modèle atomique de Dalton, les atomes des différents éléments peuvent s’associer entre eux dans
un rapport déterminé. De telles associations d’atomes sont appelées « molécules ».
Une molécule est une particule formée par un nombre déterminé d’atomes.
Les atomes formant une molécule peuvent soit appartenir au même élément, soit appartenir à différents
éléments. Dans tous les cas, le nombre d’atomes des différents éléments dans une molécule d’un corps
donné est bien défini.
Avec ce modèle, l’existence des différents types de corps purs s’explique facilement :
corps simple : Les molécules d’un corps simple ne renferment que des atomes d’un
seul élément.
Ex. : Molécule de dioxygène
corps composé : Les molécules d’un corps composé renferment des atomes de
différents éléments.
Ex. : Molécule de dioxyde de carbone
C-16
Exemple : l’électrolyse de l’eau
Lors de l’électrolyse de l’eau, l’eau est décomposée en dioxygène et en dihydrogène :
eau
dioxygène
+
dihydrogène
Comme la molécule correspond à la particule du modèle corpusculaire, toutes les contributions de ce modèle
restent toujours valables.
Exercice C17 : *
Indique pour les schémas suivants s’il s’agit d’un mélange, d’un corps simple ou d’un corps composé !
a.
b.
c.
e.
d.
Exercice C18 : *
Le modèle moléculaire permet de bien comprendre la différence entre un corps composé et un mélange.
Explique cette différence à l’aide du modèle moléculaire !
Exercice C19 : *
En utilisant les types de molécules ci-contre, schématise le modèle moléculaire.
a. d’un corps simple
b. d’un mélange quelconque
c. d’un corps composé
d. d’un mélange de deux corps composés
Exercice C20 : **
Quelle est la différence fondamentale au niveau moléculaire entre une séparation d’un mélange et une
analyse ?
C-17
3.7. Symboles et formules chimiques
3.7.1. Symboles chimiques
Au moyen-âge, les alchimistes ont utilisé des signes particuliers pour
désigner les corps.
La symbolique actuellement en vigueur fût introduite par le suédois Jöns
Jacob Berzelius en 1813 et regroupe 112 éléments connus.
Chaque élément symbolisé par un symbole dont la 1ère lettre (majuscule)
provient du nom latin de l’élément et dont est ajoutée éventuellement
une 2e lettre (minuscule) figurant dans le nom.
Ex. : carbone C
oxygène O
cuivre Cu
sodium Na
hydrogène H
Liste des noms et symboles des éléments chimiques les plus courants :
Nom
aluminium
argent
azote
bore
brome
calcium
carbone
chlore
chrome
cuivre
étain
fer
fluor
hélium
hydrogène
iode
lithium
Symbole
Al
Ag
N
B
Br
Ca
C
Cl
Cr
Cu
Sn
Fe
F
He
H
I
Li
Nom allemand
Aluminium
Silber
Stickstoff
Bor
Brom
Calcium
Kohlenstoff
Chlor
Chrom
Kupfer
Zinn
Eisen
Fluor
Helium
Wasserstoff
Iod
Lithium
Nom
manganèse
magnésium
mercure
nickel
néon
or
oxygène
phosphore
platine
plomb
potassium
silicium
sodium
soufre
uranium
zinc
Symbole
Mn
Mg
Hg
Ni
Ne
Au
O
P
Pt
Pb
K
Si
Na
S
U
Zn
Nom allemand
Mangan
Magnesium
Quecksilber
Nickel
Neon
Gold
Sauerstoff
Phosphor
Platin
Blei
Kalium
Silicium
Natrium
Schwefel
Uran
Zink
3.7.2. Formules chimiques
dioxygène O2 : molécule formée de 2 atomes d’oxygène.
chlorure d’hydrogène HCl : molécule formée d’1 atome d’hydrogène et d’1
de chlore
eau H2O : molécule formée de 2 atomes d’hydrogène et d’1 atome d’oxygène
dioxyde de carbone CO2 : molécule formée d’1 atome de carbone et
de 2 atomes d’oxygène
Les molécules sont formées de plusieurs atomes.
Dans une formule chimique,
chaque élément est représenté par son symbole,
le nombre d’atomes est indiqué par un indice (l’indice 1 n’est pas écrit).
Une formule chimique indique les éléments et le nombre d’atomes qui forment une
molécule donnée.
C-18
atome
Exercice C21 : *
Dans le cadre suivant se cachent les noms de 20 éléments. Retrouve ces éléments (à l’horizontale, à la
verticale et à la diagonale), et note pour chaque élément le nom et le symbole !
Exercice C22 : *
Indique les atomes (élément et nombre d’atomes pour cet élément) qui forment les molécules suivantes !
a. HF
e. PCl5
b. SO2
f. C2H7N
c. CH4
g. C6H12O6
d. Br2
Exercice C23 : *
Indique la formule chimique des molécules suivantes !
a. Une molécule de trioxyde de soufre renferme 1 atome de soufre et 3 atomes d’oxygène.
b. Une molécule d’éthène renferme 2 atomes de carbone et 4 atomes d’hydrogène.
c. Une molécule d’acide sulfurique renferme 2 atomes d’hydrogène, 1 atome de soufre et 4 atomes
d’oxygène.
d. Une molécule de propane (gaz utilisé au camping) renferme 3 atomes de carbone et 8 atomes
d’hydrogène.
C-19
Exercice C24 : *
Indique la formule chimique des molécules suivantes !
Aide : Identifie d’abord les éléments constitutifs, et détermine le nombre d’atomes de chaque élément!
a.
b.
c.
d.
f.
e.
g.
h.
C-20
Chapitre 4 – Eléments et tableau périodique
4.1. La solubilité
Exp. : Essayons de dissoudre du sel de cuisine (chlorure de sodium)
dans de l’eau distillée.
dans de l’huile végétale.
Obs. : Le sel de cuisine se dissout dans l’eau distillée, mais pas dans l’huile
végétale.
Concl. : La solubilité dépend du solvant ! Lorsqu’on indique la solubilité
d’un corps, il faut donc toujours noter le solvant.
____________________________________
Exp. : Introduisons 5 masses différentes de sel de cuisine dans des tubes à
essais. Ajoutons 10 mL d’eau à chaque tube.
Obs. :
Masse
1g
2g
3g
4g
5g
Dissous ?
Concl. : L’eau distillée ne peut donc dissoudre qu’une certaine quantité de chlorure de sodium.
La solubilité du chlorure de sodium est de 3,6 g pour 10 mL d’eau distillée.
Autrement dit : la solubilité du chlorure de sodium est de 360 g pour 1L (=1000 mL) d’eau distillée.
solubilité = quantité maximale d’un corps que l’on peut dissoudre dans un volume
donné de solvant
solution saturée = solution qui renferme la quantité maximale de soluté
____________________________________
Exp. 3 : Mélangeons 2 cm3 des sels suivants avec 5 cm3 d’eau distillée. Comparons leur
solubilité à froid à et à chaud :
Sel
Alun
Chlorure de sodium
A froid
___cm
___cm
A chaud
___cm
___cm
Solubilité
Augmentation
Constante
Concl. : La solubilité d’un corps dépend aussi de la température.
Remarque : Le sel de cuisine se dissout plus rapidement dans l’eau chaude que dans l’eau froide, mais la
solubilité reste constante !
C-21
4.2. Le tableau périodique des éléments
Les 112 éléments actuellement connus sont classés dans le tableau périodique des
éléments, proposé par le chimiste russe Dimitri Mendeleïev en 1869.
Les éléments sont classés selon 2 critères :
masse atomique croissante
des éléments ayant des propriétés similaires sont classés en colonnes (groupes).
Mendeleïev avait même le génie de prévoir des cases vides pour des éléments encore inconnus à l’époque !
Famille / groupe : colonne (verticale) du tableau périodique
Période: Rangée (horizontale) du tableau périodique
I
VIII/0
VI
VII
azotides
chalcogènes (sulfurides)
halogènes
lanthanides
actinides
périodes
C-22
groupes / familles
V
gaz rares, nobles, inertes
IV
carbonides
alcalino-terreux
alcalins
métaux de transition ou
éléments de transition
III
terreux
II
4.3. FICHE DE TRAVAIL : Métaux – non-métaux – semi-métaux – gaz rares
4.3.1. Différences
Métaux
Non-métaux
Brillance ? ______________
Brillance ? ______________
Etat à t° ambiante : _______________ sauf _____
Etat à t° ambiante : _________________________
Couleur : __________
Couleur : __________
Conducteurs électriques ? _____
Conducteurs électriques ? _____
Conducteurs thermiques ? _____
Conducteurs thermiques ? _____
Situation dans le TPE : _________
Situation dans le TPE : _________ (sauf ____)
On appelle :
métaux légers : ρ < 4g/cm3. Ex. : __________
métaux lourds : ρ > 4g/cm3. Ex. : __________
On appelle métaux nobles les
métaux qui ne réagissent pas avec
l’acide chlorhydrique (Salzsäure) :
Pt, Ag, Hg, Au et Cu
Gaz rares
Semi-métaux
propriétés intermédiaires entre celles des métaux
et des non-métaux
Etat à t° ambiante : _________________________
Chimiquement inertes
Ex. : ______________
Utilisation : ______________________
A cause de leur conductibilité électrique très
particulière, les métalloïdes jouent un rôle
important dans la fabrication de semi-conducteurs
(nécessaires pour le fonctionnement des
ordinateurs, des téléphones portables ou des
cellules solaires).
Situation dans le TPE : ___________________
Situation dans le TPE : ___________________
______________________________________
C-23
______________________________________
Exercice C25 : *
Mots croisés
1. non-métal dont le corps simple forme des vapeurs violettes en sublimant
2. métal noble très mou et le plus ductile
3. métal léger très couramment utilisé
4. couleur du corps simple toxique du phosphore
5. non-métal dont le corps simple est un gaz verdâtre très toxique
6. non-métal solide de couleur jaune
7. corps simple du carbone utilisé dans les mines de crayon
8. corps simple très dur du carbone
9. métal rougeâtre intervenant dans les alliages bronze et laiton
10. couleur du dioxygène liquide
11. métal liquide contenu dans les amalgames
12. métal renfermé dans la chlorophylle des plantes vertes
13. métal qui réagit violemment avec l’eau et qui brûle avec une flamme jaune
14. métal le plus fréquent de la planète Terre
15. métal qui forme l’alliage laiton avec le cuivre
16. élément métallique qui intervient dans le calcaire et le marbre
17. métal magnétique ayant la masse volumique la plus élevée
18. métal qui protège des rayonnements radioactifs
19. couleur du corps simple du phosphore utilisé sur les frottoirs des boîtes d’allumettes
20. métal formant la couche réfléchissante d’un miroir
21. nom du corps simple de l’oxygène formé de molécules triatomiques
22. métal lourd de température de fusion assez basse, utilisé pour la soudure
C-24
Exercice C26 : *
1. Qu’est-ce que la soudure ?
2. Pourquoi faut-il conserver le sodium et le potassium dans du pétrole ?
3. Quels sont les métaux magnétiques ?
4. Quel est le métal liquide à température ambiante ?
5. Quels sont les métaux ayant une couleur caractéristique ?
6. Le corps simple d’un non-métal a autrefois été utilisé comme désinfectant. De quel corps simple s’agit-il ?
7. Cite 5 éléments qui étaient déjà connus à l’époque des Romains !
8. Pourquoi faut-il conserver le phosphore blanc sous l’eau ?
9. Cite deux différences entre le phosphore blanc et le phosphore rouge !
10. Etablis un tableau comparant les propriétés du diamant et du graphite, corps simples du carbone !
11. Pourquoi peut-on dire que l’ozone est à la fois indispensable et néfaste pour l’homme ?
12. Quel gaz a été utilisé comme premier gaz de combat dans le première guerre mondiale ?
13. Pourquoi ne faut-il jamais ajouter un acide à l’eau de Javel ?
14. Quels sont les dangers émanant du dibrome ?
Exercice C27 : **
Voici des échantillons d’argent, de cuivre, de fer, d’or et d’aluminium. Décris comment tu peux identifier les
différents métaux !
Exercice C28 : * Travail en groupe
Les éléments du tableau périodique organisent le concours « A la recherche de l’élément-star ». Choisissez
un élément du tableau périodique, puis créez une affiche publicitaire indiquant les qualités de cet élément.
Présentez cet élément à la classe !
C-25
Chapitre 5 – La masse volumique
5.1. La masse
Sur le marché on reçoit 3 fois plus de pommes si on achète 3 kg de pommes que si on
achète 1 kg de pommes. Ainsi :
Définition: ……………………………………………………………………………………………………..……….
………………………………………..……………………………………………………………………………..……….
Le symbole pour la masse est :
………………
L’unité du système international (S.I.) de la masse m est …………………………………...
Le symbole pour le kilogramme est :
……………..
Le kilogramme est défini comme étant la masse du kilogramme-étalon
conservé au Bureau International des Poids et Mesures au Pavillon de
Breteuil à Sèvres, près de Paris. Au Luxembourg, une copie se trouve
au Service de Métrologie à Steinsel.
Les sur- et sous-multiples de l’unité de masse sont :
1 t = …………… kg
1 kg = ………….. g
1 g = ………….. mg
La mesure de la masse d’un
corps est une comparaison de
la masse de cet objet à celle
d’un kilogramme.
L’appareil de mesure de la
masse et la balance à deux
plateaux avec des masses
marquées :
Ordres de grandeurs de masses :
P-1
Attention : En physique :
corps = objet quelconque
mais en chimie :
corps = substance qui forme l’objet
Exercice P1 :*
Convertir les unités suivantes.
1) 1,7 kg = ... g
3) 0,007 t = ... kg
5) 45,7 mg = ... g
2) 35,6 mg = ... kg
4) 890,7 mg = ... kg
6) 23,1 g = ... mg
5.2. Le volume
En jetant une pierre dans un verre d’eau rempli jusqu’à ras-bord, une certaine quantité
d’eau est déplacée (verdrängt) et déborde (läuft über). Ainsi :
Définition: ……………………………………………………………………………………………………..………
Le symbole pour le volume est : ………………
L’unité du système international (SI) du volume V
est …………………..…. Son symbole est : ………………
Les sur- et sous-multiples de cette unité sont :
1 m3 = …………….. dm3
1 dm3 = …………… cm3
Unité utilisée pour les liquides :
1 L = 1 litre = 1 dm3
1 mL = 1 millilitre = 1 cm3
Ordres de grandeurs de volumes :
Corps
Volume
Seringue (contenance)
50 ml
Bouteille
1,5 dm3
Homme adulte
70 dm3
Salle de classe
environ 250 m3
Pétrolier
environ 30 000 m3
Pyramide «Cheops»
environ 2 500 000 m3
P-2
Le volume des liquides peut-être mesuré à l’aide d’un
cylindre gradué.
Le volume de corps non réguliers (p.ex une pierre) peut
être mesuré en les plaçant dans un verre trop plein
(Uberlaufgefäss) rempli d’eau et en mesurant le volume de liquide déplacé (verdrängte
Flüssigkeit) avec un cylindre gradué.
Le volume de corps réguliers peut-être déterminé par le calcul à l’aide des relations
suivantes :
P-3
Exercice P2 :*
Pour les cylindres gradués des figures ci-contre :
a) Indiquer le volume de liquide contenu dans les cylindres gradués.
b) Indiquer le domaine de mesure et la précision de mesure des cylindres gradués.
Exercice P3 :*
Convertir les unités suivantes.
1) 2,5 m3 = ... L
3) 15,2 cm3 = ... L
5) 1,25 cm3 = ... m3
7) 5 mL = ... m3
2)
4)
6)
8)
20 m3 = ... mL
2 L = ... mL
75 ml = ... cm3
0,0034 l = ... cm3
Exercice P4 :**
En regardant l’agrandi de la partie supérieure du cylindre gradué (Fig. 2 de la page
précédente) tu reconnais les indications «250:2 ml», «In 20 °C» et «± 1,5 ml». Essaye
d’interpréter l’information fournie par ces indications et leur intérêt.
5.3.
La masse volumique
5.3.1. Expériences et définition
Expérience 1 :
a) Plusieurs objets formés de matériaux différents, mais de même
volume sont placés l’un après l’autre sur une balance.
b) On compare le volume de plusieurs objets formés de
matériaux différents qui ont la même masse.
P-4
Conclusion :
a) Des corps de …………… volume et de matériaux différents ont des masses …………….
b) Des corps de …………… masse et de matériaux différents ont des volumes …………….
Expérience 2 :
Mesurons la masse et le volume pour des corps formés du même matériau à savoir :
……………………………………………………..
Tableau de mesure 1 :
masse m
en g
masse m
en kg
volume V
en cm3
Volume V
en m3
en g/cm3
en kg/m3
Valeurs
moyennes :
Refaisons les mesures pour des corps formés d’un autre matériau à savoir :
……………………………………………………..
Tableau de mesure 2 :
masse m
en g
masse m
en kg
volume V
en cm3
Volume V
en m3
Valeurs
moyennes :
P-5
en g/cm3
en kg/m3
Représentation graphique :
En sciences naturelles les mesures sont souvent représentées sous forme d’un graphique.
Ceci donne un aperçu immédiat de la relation qui existe entre différentes grandeurs
physiques.
Représentons les 2 séries de mesures sur une seule représentation graphique de la masse
en fonction du volume :
P-6
Conclusion
Si le volume V du corps est ………………….., alors la masse m du corps est
également …………………(aux incertitudes de mesures près, voir plus bas)
On dit que la masse m …………………………………………. au volume V
et on note : …………………………………….
Le quotient (rapport) …………… est ………………….………………………….noté ……………
et est appelé masse volumique : ………………………………..……
La représentation graphique de la masse m en fonction du volume V est
…………………………………………………………………………………………….
Pour la substance 1 on trouve ρ = ………….
Pour la substance 2 on trouve ρ = ………….
Ainsi, la masse volumique
ρ =
est une caractéristique de la substance dont
est constitué le corps :
Etant donné que chaque appareil de mesure présente des précisions de mesures, les
mesures effectuées pour la masse et le volume possède des imprécisions de mesures. Ces
imprécisions de mesures expliquent que les valeurs des colonnes de la masse volumique
ne sont pas toutes égales. On calcule donc la moyenne qui représente la valeur la plus
proche de la valeur réelle de la masse volumique de ce matériau.
En faisant la représentation graphique, les imprécisions de mesures se manifestent par
des points qui ne sont pas exactement situés sur la droite de régression. Il convient de
tracer une seule droite qui passe au mieux à travers les points de mesure. (Ne jamais
relier les points entre-eux.)
P-7
Définition : ……………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
Formule : …………………………
Unité du système international S.I. :
Si la masse m = 1 kg et le volume V = 1 m3 ;
alors la masse volumique …………………………
.
La valeur de la masse volumique ρ d’un matériau représente la masse de
1 m3 de ce matériau.
La masse volumique est une propriété (une caractéristique) du matériau
utilisé.
Unité du système
Grandeur physique
Symbole
Masse volumique
ρ
le kilogramme
par mètre-cube
kg
m3
Masse
m
le kilogramme
kg
Volume
V
le mètre-cube
m3
international S.I.
Symbole
Exemple :
kg
signifie que 1 m3 d’eau a une masse de 1000 kg.
m3
g
Une autre unité également utilisée est :
1 3.
cm
Dans le tableau de mesure on observe :
Pour l’eau : ρeau=1000
. 1000
Exercice P5 :*
: 1000
Convertis les unités suivantes ! Indique toutes les étapes !
a. 0,0045 cm3 = ... m3
b. 12,5 t = ... kg
g
kg
c. 0,67 m3 = ... mm3
d. 3,9
3 = ...
cm kg
m3 g
e. 47,3 l = ... m3
f. 13000 3 = ...
cm3
gm
kg
g. 97,8 kg = ... g
h. 0,68
3 = ...
3
kgcm
gm
i. 673,2 mg = ... kg
j. 8,9 3 = ...
m
cm3
P-8
Tableaux avec les valeurs de masses volumiques de différents matériaux :
Solides : (à 20 °C)
Différents types de bois
nom
nom
ρ (en
nom
nom allemand
ρ (en
3
français
allemand
g/cm )
français
g/cm3)
polystyrène
Styropor
0,015
épicéa
Fichte
0,47
liège
Kork
0,2 à 0,4
pin
Kiefer
0,52
bois
Holz
0,4 à 0,8
mélèze
Lärche
0,59
charbon de
Holzkohle
ca. 0,75
sipo
Sipo
0,59
bois
glace (0°C)
Eis
0,92
bouleau
Birke
0,65
cire (bougie)
Wachs
ca. 0,96
chêne
Eiche
0,67
(Kerze)
caoutchouc
Kautschuk
0,9 à 1,0
frêne
Esche
0,69
ambre
Bernstein
1,0 à 1,1
hêtre
Buche
0,69
plexiglas
Plexiglas
1,2
plastique
Kunststoff
ca. 1,4
Liquides : (à 20°C)
(PVC)
sable
Sand
ca. 1,5
nom
nom allemand
ρ (en
français
g/cm3)
béton
Beton
1,5 à 2,4
eau (4 °C)
Wasser (4 °C)
1,00
carbone
Kohlenstoff
2,25
alcool
Alkohol
0,79
graphite
Graphit
3,52
(éthanol)
(Ethanol)
diamant
Diamant
verre
Glas
ca. 2,6
essence
Benzin
ca. 0,7
aluminium
Aluminium
2,70
huile / pétrole
Öl
0,8 à 0,9
granite
Granit
ca. 2,8
glycérine
Glyzerin
1,26
marbre
Marmor
ca. 2,8
lait
Milch
1,03
zinc
Zink
7,13
eau salée
Salzwasser
ca. 1,03
étain
Zinn
7,28
mercure
Quecksilber
13,55
fer
Eisen
7,87
acier
Stahl
7,8 à 7,9
Gaz : (à 0°C et 1013 hPa)
laiton
Messing
ca. 8,5
nom
nom allemand ρ (en g/l)
français
nickel
Nickel
8,90
air
Luft
ca. 1,29
cuivre
Kupfer
8,96
hydrogène
Wasserstoff
ca. 0,090
argent
Silber
10,5
oxygène
Sauerstoff
ca. 1,43
plomb
Blei
11,3
hélium
Helium
ca. 0,18
or
Gold
19,3
méthane
Methan
ca. 0,72
tungstène
Wolfram
19,27
azote
Stickstoff
ca. 1,25
platine
Platin
21,5
dioxyde de
Kohlenstoffdioxid
ca. 1,98
carbone
P-9
Exercice P6 :*
Pour les phrases suivantes, indique à quelle grandeur physique on s’intéresse et réécris-les
en utilisant un vocabulaire scientifique correct.
a) «Le fer est plus lourd que le bois». b) «Pierre est plus lourd que Jean».
Exercice P7 :*
Classe les corps suivant la masse volumique du matériau duquel ils sont faits : lampe en
laiton, pièce d’or, casserole en aluminium, verre à boire, table en bois, pince, fil de cuivre,
plaque de béton.
5.3.2. Flotter ou couler
Expérience 3 : Un corps en bois est placé sur de l’eau et puis sur de l’alcool à brûler.
Observation: Le corps flotte sur l’eau et coule dans l’alcool à brûler.
Si la masse volumique du corps est ………………………… que celle du liquide,
le corps ………………………… dans le liquide.
Si la masse volumique du corps est ………………………… que celle du liquide,
le corps ………………………… dans le liquide.
Exercice P8 :*
a. Explique en utilisant la notion de masse volumique
pourquoi la glace flotte sur l’eau.
b. La boule en acier sur la figure ci-contre flotte sur du
mercure. Explique cette observation !
Exercice P9 :*
Un corps a un volume de 10 cm3 et une masse de 85 g.
a. Calcule la masse volumique du corps (en g/cm3 et en kg/m3).
b. De quel matériau le corps est-il formé ? Explique le raisonnement !
Exercice P10 :*
Calcule le volume d’un lingot d’or de masse 1 kg. [Solution : V = 51,8 cm3]
Exercice P11 :**
Un des corps sur la balance à côté est formé de plomb et l’autre est
formé de fer. Compare les masses, les volumes et les masses
volumiques des corps ! Déduis-en quel corps est en plomb et lequel est en fer !
P-10
Exercice P12 :**
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ? Justifie la réponse !
a. «La masse volumique de l’eau dépend du volume d’eau.»
b. «Un corps plus grand est plus lourd.»
c. «Le bois flotte sur l’eau parce qu’il est plus léger que l’eau.»
d. «Un corps a une masse de 5 kg et une masse volumique de 2,7 g/cm3. Si la
masse est doublée, la masse volumique est aussi doublée.»
e. «Un corps de masse 5 kg a une masse volumique de 2,8 g/cm3. Si on le coupe
en deux, la masse volumique devient 1,4 g/cm3.»
Exercice P13 :**
Explique comment tu peux déterminer la masse volumique d’un objet solide si tu disposes
d’une balance et d’un cylindre gradué.
Exercice P14 :**
Voici les droites de régression
obtenues à partir des mesures pour
les masses et volumes de différents
corps.
a. Explique sans faire de calcul
laquelle des droites correspond
au corps de masse volumique
plus grande !
b. Quelle est la relation entre les
masses et les volumes des
différents corps ? Justifie la
réponse !
c. Détermine à l’aide des droites les masses volumiques (en g/cm3 et en kg/m3) des
matériaux utilisés. Indique les valeurs utilisées sur le graphique. De quels matériaux
pourrait-il s’agir? Justifie la réponse !
Expérience (à domicile) et exercice P15 :**
Une cannette de coca et une cannette de coca light sont introduites dans un récipient
contenant de l’eau de robinet.
a. Décris tes observations !
b. Explique les observations !
P-11
Exercice P16 :**
Pour la construction d’un avion, on a utilisé 16,4 t d’aluminium.
a. Calcule la masse de cet avion s’il était construit en fer.
b. Explique pourquoi on utilise de l’aluminium et non pas du fer pour construire cet
avion.
Exercice P17 :**
Tu mesures la masse et le volume pour des corps en cuivre.
a. Trace la représentation graphique obtenue.
b. Détermine à partir de la représentation graphique :
La masse d’un corps en cuivre de volume 75 cm3 et le volume d’un corps en cuivre de
masse 300 g.
Exercice P18 :**
Pour des corps formés du même matériau
des mesures de masses et de volumes ont
conduit à la représentation graphique
suivante.
Détermine à partir du graphique la nature
du matériau ! Explique la méthode!
Exercice P19 :**
En cours de physique-chimie, Jacques se retrouve face à un bloc formé d’un métal gris.
Son professeur lui demande d’identifier ce métal. Jacques constate que :
• Le bloc est attiré par un aimant.
• Le bloc mesure 5 cm en longueur, 3 cm en largueur et 2,5 cm en hauteur.
• Sa masse est de 331,125 g.
Aide Jacques à identifier le métal ! Explique ta démarche et motive ta réponse !
Exercice P20 :**
Pour des corps formés du même matériau des mesures de masses et de volumes ont
conduit au tableau de mesure suivant.
m (g)
22,4
46,2
66,8
90,4
114,6
133,0
V (cm3)
2,0
4,1
5,9
8,0
10,1
11,8
a. Fais la représentation graphique des mesures.
b. Détermine à partir du graphique la masse volumique des corps utilisés. Explique
la méthode !
P-12
Exercice P21 :**
Complète le tableau ci-dessous !
V
30 dm3
… dm3
170 dm3
20 m3
m
… kg
1500 g
2,3 t
…t
ρ
7,8
kg/dm3
2,4
g/cm3
…
kg/dm3
13,4
kg/dm3
Exercice P22 :**
Une tige cylindrique a une hauteur de 1,2 dm et un diamètre de 3,2 cm. Sa masse vaut
1,845 kg. De quel matériau pourrait être formé la tige ? Explique le raisonnement !
Exercice P23 :**
Une salle a les dimensions suivantes : 250 cm de haut, 4,5 m de long et 30 dm de large.
a. Calcule le volume d’air contenu dans la salle en litres et en mètre-cubes.
b. Calcule la masse d’air contenue dans la salle en kilogrammes.
Exercice P24 :**
Considère la balance ci-contre. Un des blocs cubiques est en laiton
(«Messing»), l’autre en or.
a. Compare les masses et les volumes des blocs. Déduis-en
quel bloc est en laiton et lequel est en or ! Justifie la
réponse !
b. La masse du bloc de gauche vaut 1,5 kg. Calcule la masse et le volume du bloc
de droite.
Exercice P25 :**
Tu veux remplir
les
trois
récipients
ci-contre
avec
respectivement de l’eau, de l’alcool et de la glycérine. La
masse du liquide doit être la même dans chaque récipient.
Dessine approximativement un niveau pour l’alcool et la
glycérine pour obtenir la même masse que celle de l’eau.
Explique le raisonnement! Il n’est pas nécessaire de faire un
calcul !
Exercice P26 :**
Un ballon est rempli avec de l’hélium. Explique pourquoi le ballon monte dans l’air !
P-13
Exercice P27 :**
Après un accident d’un pétrolier des barrières qui flottent sur
l’eau sont installées (en jaune sur la photo ci-contre).
a. Explique l’intérêt de ces barrières.
b. Explique pourquoi il n’est pas nécessaire que ces
barrières soient profondes.
Exercice P28 :***
Le glycol et l’éther sont deux liquides incolores non-miscibles. Tu crées un mélange
constitué de 50 ml de glycol et de 80 ml d’éther. Tu sais que :
La masse de 50 ml de glycol vaut 55,5 g.
La masse de 80 ml d’éther vaut 56,8 g.
Tu veux séparer le mélange par décantation. Quel liquide se posera en bas de l’ampoule à
décanter ? Motive ta réponse !
Exercice P29 :***
Catherine veut savoir si son collier est fait en
or pur. Elle plonge le collier dans un cylindre
gradué rempli d’eau et le place sur une
balance (voir figure ci-contre).
a. Catherine est déçue de découvrir que
son collier n’est pas fait en or pur.
Comment a-t-elle pu déterminer ceci à
partir des mesures réalisées ? Explique le raisonnement !
b. Quel aurait dû être le volume du collier s’il était en or pur (si la masse ne change
pas) ?
Exercice P30 :***
Un poids lourd a une cale à marchandises («Laderaum») en forme de pavé de longueur
3,5 m, de largeur 2,0 m et de hauteur 1,7 m. Il a une capacité de charge maximale de 25
t. La cale est remplie jusqu’à une hauteur de 150 cm avec du sable de masse 23,8 t.
a. Calcule la masse volumique du sable (en kg/m3). [Solution : ρ = 2267 kg/m3]
b. Calcule le volume de fer que l’on peut charger au maximum sur le poids lourd.
[Solution : V = 3,18 m3]
Exercice P31 :***
Une casserole en cuivre est remplie avec 3 l d’eau salée (ρ = 1,14 g/cm3). La casserole
remplie a une masse de 6 kg.
a. Calcule la masse d’eau dans la casserole.
b. Détermine le volume en cuivre utilisé pour fabriquer la casserole.
P-14
Exercice P32 :***
Explique avec un vocabulaire scientifique correct et précis une méthode pour déterminer la
masse volumique moyenne de ton corps.
Exercice P33 :***
Un cylindre gradué de diamètre 0,85 dm contient 750 g d’essence. Calcule en centimètres
la hauteur à laquelle est rempli le cylindre gradué. [Solution : h = 18,9 cm]
Questions à choix multiples
(plusieurs réponses peuvent être correctes)
1) Quelle est l’ordre de grandeur de la masse
volumique d’un bloc en bois qui flotte dans l’eau
douce ?
a) 0,25 g/cm3 b) 0,80 g/cm3 c) 2,6 g/cm3 d) 800
kg/m3
e) 0,8 kg/m3 f) dépend du volume et de la
masse du bois
2) Quelle est, à partir de l’expérience illustrée par les figures à côté, la masse
volumique de l’huile ?
a) 1,24 g/cm3 b) 0,49 g/cm3 c) 800 kg/m3 d)
2,05 t/m3
e) 2050 kg/m3 f) 0,8 kg/dm3
3) Quelle est la masse volumique de la pierre ?
a) 0,38 g/cm3 b) 2,61 g/cm3 c) 0,00515 kg/m3
d) 5150 kg/m3 e) 1,10 g/cm3 f) 0,0122 t/dm3
P-15
Mots croisés : masse volumique
Les lettres en gras donnent un objet dont on suppose que la masse volumique est la plus élevée
dans l’univers. Il s’agit d’une étoile à _________________.
Recherche la masse volumique d’un tel objet astronomique !
Horizontal
1 Plus la masse est ..., plus la masse volumique est petite.
2 1000 kg.
3 Chaque mesure en a une.
4 Grandeur qui indique la quantité de matière.
5 Le rapport entre masse et volume d’objets formés du même matériau est ...
6 Plus le volume est ..., plus la masse volumique est petite.
7 Grandeur qui indique l’espace occupé.
8 Nom de «ρ».
9 Unité de volume.
Vertical
1 Relation entre masse et volume pour des corps formés du même matériau.
2 Mesure des volumes : récipient à trop ...
3 Mesure des volumes : cylindre ...
4 Si la masse volumique d’un objet est plus petite que celle d’un liquide, l’objet ... dans le liquide.
5 Instrument pour mesurer des masses.
6 Droite qui représente le mieux les mesures : droite de …
7 Si deux grandeurs sont proportionnelles, leur représentation est une droite qui passe par l’…
P-16
Chapitre 6 – Les forces
6.1. Types de forces
Forces de contact : forces musculaire, force de frottement, force motrice (d’un
moteur), …
Forces à distance : force magnétique, poids (Gewichtskraft oder Gewicht), …
Vocabulaire :
En physique, on ne parle de force que si deux corps sont en interaction (Wechselwirkung).
La force indique comment deux corps interagissent. Un corps exerce donc une force sur
un autre corps. En physique, on ne dit pas «posséder une force» ou «avoir de la force»,
donc on ne dit pas : «Jean a une grande force.»
Exemples :
«Jean exerce une force sur son sac à dos». (Interaction entre Jean et son sac à dos).
«L’haltèrophile exerce une force sur son haltère». (Interaction entre l’haltèrophile et son
haltère).
Exercice P34 :*
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ? Justifie la réponse. Corrige les
affirmations fausses pour qu’elles deviennent correctes.
a. «Le haltérophile a une grande force».
b. «Une force peut uniquement changer le mouvement d’un corps.»
c. «Si une force agit pendant longtemps, elle est épuisée.»
d. «Une boule en mouvement s’arrête parce que sa force est usée.»
e. «Jean exerce une force sur son sac pour le maintenir à une hauteur de 50 cm audessus du sol.»
f. «Le poids est une force magnétique, car un corps qui tombe est attiré par la Terre
tout comme un clou est attiré par un aimant.»
6.2. Effets de forces
Expériences et observations
Un aimant (Magnet) exerce un e force d’attraction magnétique sur une boule en fer
1. On approche un aimant d’une boule en fer au
repos
La boule ……………………………………
2. On approche par avant un aimant d’une
boule en fer en mouvement
La boule
……………………………………………………………….
P-17
3. On approche par arrière un aimant d’une boule en
fer
en
mouvement
La
boule
………………………………………………………………………
4. On approche par le côté un aimant d’une boule en
fer
en
mouvement
la
boule
………………………………………………………………………
5. On tire des deux côtés sur un extenseur
l’extenseur est ………………………………………………….
Conclusion :
1 : Une force peut ………………………………………………………………….
2 : Une force peut ………………………………………………………………….
3 : Une force peut ………………………………………………………………….
4 : Une force peut ………………………………………………………………….
5 : Une force peut …………………………………………………………………
Les forces ne sont pas visibles, mais on peut voir les effets qu’elles produisent.
En résumé : Des forces peuvent :
1) ………………………………………………………………………………: -> Effet
dynamique des forces.
Mettre en mouvement ou accélérer un corps ;
Arrêter ou décélérer un corps ;
Changer la direction de mouvement d’un corps ;
2) …………………………………………………… : -> Effet statique des forces.
Exemple :
Tu roules en bicyclette et tu arrêtes de pédaler c’est-à dire à exercer une force motrice
Observation : Tu décélères et t’arrêtes après un certain temps.
Conclusion : Il doit y avoir une force qui change ton mouvement. Cette force est la force
de frottement exercée par l’air et le sol.
Exercice P35 :*
Indique pour les situations suivantes l’effet (les effets) de la force exercée sur le corps
marqué en italique.
a. Une voiture passe de 80 km/h à 130 km/h sur autoroute.
b. Une voiture s’écrase contre un mur.
c. Tu formes une boule à partir d’une barre de pâte à modeler.
d. Un athlète saute d’un plongeoir.
e. Un tuyau en métal est plié.
f. Une voiture prend un virage à vitesse constante.
P-18
g. Le gardien de but frappe avec la main contre le ballon de foot.
h. Un nageur se pousse du bord de la piscine.
i. Le père s’assied dans le fauteuil.
j. L’athlète lance son marteau.
Exercice P36 :**
Pour chacune des illustrations suivantes
identifie un corps sur lequel agit une
(des) force(s) et donne l’(es) effet(s) de
cette force.
6.3. Le principe d’inertie (1er principe de Newton)
Plaçons une pomme sur une table et observons-la pendant plusieurs minutes. Elle reste
immobile.
Les forces changent le mouvement d’un corps (ou leur forme). En absence de forces, le
mouvement d’un objet ne change donc pas. Il n’accélère pas, il ne freine pas et il ne
change pas de direction de mouvement.
Conclusion :
Le principe d’inertie :
En absence de forces, le mouvement d’un corps ne change donc pas :
- Si le corps est au repos, …………………………………………………….
- Si le corps est en mouvement il…………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………...
Ce mouvement est appelé ……………………………………………………………………………….
Remarque :
Sur Terre, on n’est jamais en absence de force (présence de frottements) mais il se peut
que plusieurs forces annulent leur effet.
P-19
Exemples :
- La force motrice du coureur annule l’effet de freinage de la force de frottement. Il
roule à vitesse constante.
-
-
-
-
-
La force exercée par la table annule l’effet du poids de la pomme. Elle reste
immobile.
En hiver dans un virage si les routes sont gelées, une voiture n’est pas soumise à
une force qui permet de changer son mouvement. Elle continue donc son
mouvement en ligne droite à vitesse constante
Dans le vide (Vakuum) de l’espace (Weltall), une fusée, une fois lancée, continue
son mouvement à vitesse constante et en ligne droite jusqu’à ce que une force
change son mouvement (p.ex. force d’attraction d’un astre) sans avoir besoin de
combustible pour son moteur car aucune force motrice ne doit être exercée afin
d’entretenir son mouvement.
Un passager est debout dans un bus sans se tenir. Lorsque le bus démarre, le
passager à l’impression qu’il tombe vers l’arrière. S’il fixe pourtant un panneau de
signalisation à l’extérieur du bus, il se rend compte qu’il reste au repos à la même
place par rapport au panneau de signalisation et que le bus change son mouvement
lors du démarrage et avance.
De même, si le bus en mouvement freine, le passager à l’impression de tomber
vers l’avant du bus. En fait, le bus change son mouvement sous l’action de la force
de freinage et s’arrête alors que le passager continu son mouvement en ligne droite
à vitesse constant.
Lorsque ce même bus prend un virage à gauche le passager a l’impression d’être
projeté vers la droite. En fait le passager continue son mouvement en ligne droite à
vitesse constant. Le bus, soumis à une force, change sa direction du mouvement et
vire a gauche.
6.4. Mesure de forces
* L’unité de mesure du système international S.I. de la force est le newton : 1 N
Définition : Le newton est l’intensité (la valeur) d’une force qu’il faut exercer
sur un mobile de masse 1 kg pour augmenter sa vitesse de 1 mètre par seconde
(1 m/s) en 1 seconde.
Le newton est aussi l’intensité de la force à exercer sur Terre pour soulever un objet de
masse 102 g
Les sur- et sous-multiples de cette unité sont :
1 kN = 1000 N
1 N = 1000 mN
P-20
* L’appareil de mesure des forces est le dynamomètre
Fonctionnement d’un dynamomètre
Un dynamomètre est formé d’un boîtier dans lequel se trouve un ressort et est muni d’une
échelle graduée. Il contient généralement encore une glissière qui permet de régler le
zéro.
En tirant sur le dynamomètre le ressort est allongé et tu peux lire directement sur l’échelle
l’intensité (la valeur) de la force avec laquelle tu tires.
Précaution : Pour garantir des mesures correctes, le dynamomètre doit être réglé à zéro à
l’aide de la glissière avant d’appliquer une force.
La figure montre différents types de dynamomètres
avec différents domaines de mesure.
Exercice P37 :*
Donne
les
valeurs
indiquées
sur
les
dynamomètres à côté. Indique chaque fois le
domaine de mesure et la précision de mesure de
l’instrument.
6.5. Représentation de forces
Pour représenter l’ensemble des caractéristiques d’une force, on dessine une
flèche («un vecteur»), notée
F.
Le vecteur force a les caractéristiques suivantes :
a) ………………………………………………………………………………;
b) ……………………………………………………………………………… ;
c) …………………………………………………………………………………;
d) ……………………………………………………………………………….
P-21
Remarque : F ou F ?
F indique l’intensité (la valeur) de la force. p. ex. dans les calculs : F = 5 N
F montre le vecteur force (la flèche) avec ces 4 caractéristiques (intensité, sens,
droite d’action, point d’application). p.ex. sur les figures
Exercice P38 :*
Détermine l’intensité de la force dans les situations suivantes.
a. Le footballeur tire au but
(échelle : 1 cm ≙ 40 N)
b. Le basketteur réalise un lancer-franc
(échelle : 1 cm ≙ 5N)
Exercice P39 :*
Représente le vecteur force dans les situations suivantes.
a. Force exercée par le menuisier sur la b. Force exercée par l’élève pour soulever
caisse
son sac
c. Force exercée par l’élève tirant sur la d. Force exercée par l’aimant sur le clou
corde
P-22
Exercice P40 :**
Représente les vecteurs forces dans les situations suivantes.
a. Forces exercées par les déménageurs b. Forces exercées par les déménageurs
sur le meuble pour le pousser dans le
sur le meuble (les déménageurs
camion
poussent en sens opposé)
c. Dans quel sens va se déplacer le meuble dans la situation b ?
Exercice P41 :**
Compare les caractéristiques des forces qui agissent
sur le corps de la figure ci-contre.
Exercice P42 :**
Représente une force de 36 N qui fait un angle de 35°
avec la verticale. Y a-t-il plusieurs possibilités ? Explique !
Exercice P43 :**
a) Donne les caractéristiques du poids d’un sac à dos de masse 5 kg.
b) Dessine le sac à dos et représente le poids.
Exercice P44 :**
Serge et Philippe jouent avec une balle.
Les positions 1, 2 et 3 donnent les
positions de la balle à trois différents
instants.
Pour les 3 positions :
Donne les forces qui agissent sur
la balle ;
Indique le corps qui exerce ces forces ;
Donne l’effet de ces forces ;
Représente les forces sur la figure.
P-23
Exercice P45 :**
Une balle a été frappée obliquement («schräg») par un joueur et elle est en train de
retomber (elle est encore en l’air).
a. Dis si les affirmations suivantes sont correctes ou fausses ! Explique pourquoi les
affirmations fausses sont fausses !
La
La
Le
La
force, exercée par
force, exercée par
joueur exerce une
force, exercée par
la Terre sur la balle est dirigée vers le haut.
la Terre, a comme effet une augmentation de vitesse.
force sur la balle.
l’air, a comme effet une diminution de la vitesse
La force, exercée par la Terre, a comme effet un changement de direction.
Le sol exerce une force sur la balle.
b. Dessine la balle en vol et toutes les forces qui agissent sur elle.
Exercice P46 et expérience :**
Laisse tomber une balle élastique.
a) Décris le mouvement de la balle en indiquant pour les différentes phases du
mouvement les forces qui agissent sur la balle et les effets qu’elles produisent.
b) Fais une figure sur laquelle tu représentes les différentes phases et forces.
Exercice P47 :*
Représente les forces suivantes en utilisant l’échelle 1 cm ≙ 5 N:
b) F2 = 2,5 N ;
c) F3 = 7 N ;
d) F4 = 33 N;
a) F1 = 10 N ;
e) F5 = 42 N;
f) F6 = 2 N ;
g) F7 = 0,8 N
Représente les forces suivantes en utilisant l’échelle 1 cm ≙ 20 N :
h) F8 = 25 N ;
i) F9 = 47 N ;
j) F10 = 128 N ;
k) F11 = 8 N
Exercice P48 :*
Pour les forces dessinées sur la figure ci-contre une échelle 1 cm ≙ 2 N a été utilisée.
Détermine les intensités des forces
P-24
6.6 Le poids d’un corps
6.6.1 Le poids : une force
Si on lâche un corps de masse m d’une certaine altitude, il tombe verticalement vers le
bas en accélérant. Son mouvement change donc. Il doit y avoir une force qui s’exerce sur
le corps. Cette force est exercée par la Terre qui l’attire. Ainsi :
Définition : Le poids (all. : Gewichtskraft ou Gewicht) noté …………… d’un corps
…………………………………………………………………………………………………………………………….
Le poids d’un corps ……………………………………… avec le lieu où le corps se trouve.
L’unité de mesure du poids est celle d’une force à savoir ………………………………………
Le poids est mesuré avec ………………………………………(comme toutes les autres forces).
- Le poids de (nom élève) est plus faible sur la Lune que sur la Terre, parce que l’élève est
moins fortement attiré par la Lune que par la Terre.
- Le poids diminue également avec l’altitude : si une fusée s’éloigne de la Terre, elle est de
moins en moins fortement attirée.
- En apesanteur (Schwerelosigkeit) un astronaute, bien qu’ayant toujours la même masse
m (exprimée en kg) a un poids nul : P = 0 N.
6.6.2 Relation entre le poids et la masse
Dans le langage courant « masse » et « poids » sont souvent confondus. Il s’agit d’un
abus de langage qui est favorisé par la relation qui existe entre les deux grandeurs
physiques.
Expérience: Pour différents corps mesurons la masse à l’aide d’une balance électronique et
le poids à l’aide d’un dynamomètre.
Tableau de mesures :
Objet
Masse en kg
Poids en N
Valeur
moyenne :
P-25
en N/kg
Conclusion :
Si la masse du corps est ……………………………………… alors le poids P du corps est
également …………………………………… (aux incertitudes de mesures près, voir p P7)
On dit que le poids P …………………………… la masse m et on note : ……………………
Le quotient (rapport) …………… est un …………………………………………noté ……………
et est appelé ……………………………………… : …………………………;
L’intensité de pesanteur g =
P
est une caractéristique du lieu où on se trouve.
m
Le poids P d’un corps est ……………………………………… à la masse m du corps.
Le quotient (rapport) ……………………………………… d’un corps est un ……………
…………………………………………………… est appelée : ……………………………………………….
Son symbole est …………… et elle ………………………… du lieu où on se trouve.
On peut donc écrire
………………………… ou encore :
…………………………
Grandeur physique
Symbole
Unité SI
Symbole
Poids
P
le newton
N
Masse
m
le kilogramme
Intensité de la pesanteur
g
le newton par
kilogramme
kg
N
kg
La valeur de l’intensité de la pesanteur représente le poids d’un corps de
masse 1 kg.
L’intensité de la pesanteur est une caractéristique du lieu où on se trouve
Exemple :
Sur Terre l’intensité de la pesanteur est égale
à 9,81 N/kg. Ceci veut dire qu’un corps de masse
1 kg est attiré par la Terre avec une force (un
poids) de 9,81 N. Sur la Lune il est attiré avec une
force de 1,62N/kg. L’intensité de pesanteur sur la
Lune vaut donc 1,62 N/kg …
P-26
Tableaux avec les intensités de pesanteurs pour certains lieux :
Lieu
(Corps céleste)
Terre :
Équateur
Pôle
Intensité de la pesanteur
N
g en
kg
9,78
9,83
Europe centrale 9,81
Mount Everest
9,78
Lune
1,62
Mercure
3,70
Venus
8,87
Mars
3,80
Jupiter
25,9
Saturne
9,28
Uranus
9,0
Neptune
11,6
6.6.3 Représentation du poids d’un corps
Comment peut-on représenter le poids d’un corps ?
Si tu lâches un corps, il est accéléré verticalement vers le bas (plus précisément
vers le centre de la Terre). Le poids a comme direction la verticale et son sens est
vers le centre de la Terre. (voir figure ci dessus)
Différents corps ont différents poids (ils sont plus ou moins fortement attirés par la
Terre). On dit que les corps ont des poids de différentes intensités. (On dessine des
flèches de différentes longueurs.)
De plus, le poids s’applique au corps, le point d’application est situé sur le corps. Il
est appelé centre de gravité et est noté G.
Le
poids
est
caractérisé
par
……………………………………..……,
……………………………….……………,………………………………………………………………………………,
…………………………………………………….
Ces caractéristiques sont celles d’un vecteur qui est représenté par une
flèche.
Le poids est représenté par un vecteur de :
direction : la verticale
sens : vers le centre de la Terre
intensité : exprimée en Newton (N)
point d’application : centre de gravité (G)
P-27
6.6.4 Différence entre le poids et la masse
La masse d’un corps est une mesure de la quantité de matière que ce
corps renferme. Le poids d’un corps est la force d’attraction exercée par
un corps céleste sur ce corps.
L’unité de mesure de la masse m est le kilogramme : 1 kg. L’unité de
mesure du poids P est le newton : 1 N.
La masse d’un corps ne change pas avec le lieu où l’on se trouve. Le poids
change avec le lieu où l’on se trouve.
La masse est mesurée avec une balance et des masses marquées. Le
poids est mesuré avec un dynamomètre.
Exercice P49 :*
Encercle les formules correctes !
m = P⋅ g
g=
P
m
m=
P
g
g = m⋅P
P = m⋅ g
N = m⋅ g
Exercice P50 :*
a. Mets le chiffre correspondant de la grandeur physique à laquelle sont associés le
symbole et l’unité.
b. Encercle en bleu les symboles pour les unités.
c. Encercle en vert les symboles pour les grandeurs
(1) poids
kg
(2) masse
P
(3) intensité de la pesanteur
N
physiques.
N/kg
g
m
Exercice P51 :*
Une pierre a une masse de 500 g sur Terre. Détermine la masse que la pierre aurait sur la
Lune.
Exercice P52 :*
Un astronaute ramasse une pierre de 2 kg sur la Lune.
a. Détermine le poids de la pierre sur la Lune.
b. Détermine le poids et la masse de la pierre sur Terre.
c. Calcule la masse de l’astronaute sur la Lune, sachant que son poids sur Terre vaut
700 N.
P-28
Exercice P53 :**
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses? Justifie la réponse ! Corrige au
besoin les affirmations !
a. «Le poids d’une personne vaut 50 kg.»
b. «La masse d’un astronaute est environ 6 fois plus faible sur la Lune que sur Terre.»
c. «Sur Terre, l’intensité de la pesanteur change si la masse change.»
d. «Dans l’expression P = m . g, le «g» indique que la masse est exprimée en
grammes. »
Exercice P54 :**
A l’équateur le poids d’un sac rempli de sable vaut 1200 N.
a. Calcule la masse de sable.
b. Dois-tu enlever ou rajouter du sable pour que le poids au pôle nord soit le même ?
Explique d’abord sans calculer. Calcule ensuite la différence.
Exercice P55 :**
Un échantillon de pierres a une masse de 12,9 kg sur la planète Mars et un poids de
48,9 N.
a. Calcule l’intensité de la pesanteur sur Mars.
b. Calcule la masse et le poids des pierres sur Terre.
c. Faut-il enlever ou rajouter des pierres pour que le poids sur Terre soit le même que
sur Mars ? Justifie ! Calcule combien.
Exercice P56 :**
Voici les graphiques obtenus par des mesures de masses et de poids de différents corps
sur différents corps célestes.
a. Déduis
à
partir
des
graphiques la relation qui
existe chaque fois entre
masse et poids. Justifie
la réponse !
b. Détermine à partir des
graphiques les corps
célestes où les mesures
ont
été
réalisées.
Explique la démarche et
indique tous les calculs !
c. Trace sur le même
diagramme la représentation graphique que l’on obtiendrait si on réalisait des
mesures sur la planète Neptune. Explique !
P-29
Exercice P57 :**
Pour analyser si sur la lune «Europa» (g = 1,31N/kg) de la planète Jupiter se trouve de
l’eau, on y a envoyé une sonde spatiale. Nous supposons qu’à l’atterrissage la masse de la
sonde
a.
b.
c.
vaut 1,2 t.
Que désigne g ?
Calcule le poids de la sonde sur la lune de Jupiter.
Au décollage sur Terre, la sonde contenait encore du carburant. Supposons que le
poids de la sonde sur Terre avec son carburant était de 15,3 kN. Calcule la masse
de carburant brûlé lors du voyage.
Exercice P58 :**
Un astronaute peut exercer au maximum une force de 300 N.
a. Calcule la masse maximale d’une pierre qu’il peut soulever sur Terre.
b. Calcule la masse maximale d’une pierre qu’il peut soulever sur la Lune avec la
même force.
Exercice P59 :**
Un astronaute peut exercer au maximum une force de 250 N.
a. Peut-il soulever une pierre de 90 kg sur la Lune? Explique !
b. Quelle force devrait-il exercer pour soulever cette pierre sur Terre ?
Exercice P60 :***
Un cylindre en aluminium a une hauteur de 15 cm et un diamètre
de 14
a.
b.
c.
mm.
Calcule le volume du cylindre.
Calcule la masse du cylindre.
Calcule la force qu’il faut exercer pour le soulever (en Europe centrale).
P-30
Mots croisés : forces
Les lettres en gras mis dans le bon ordre donnent le prénom d’un physicien célèbre :
__________________________________
Horizontal :
1 Constante de ...
2 Variation de longueur.
3 Loi de ...
4 Droite qui tient compte des incertitudes de mesure.
5 Peut être élastique ou plastique.
6 Ressort à ...
7 Relation entre force et allongement unité de force.
8 Instrument de mesure de forces.
Vertical :
1 Caractéristique d’une force.
2 Effet d’une force.
3 Grandeur ayant «F» comme symbole.
4 Lorsque le corps ne reprend plus sa forme initiale, la déformation est ...
5 Unité de force.
6 Force d’attraction.
P-31
Mots croisés : poids et masse
Les lettres en gras mis dans le bon ordre donnent un lieu avec une intensité de pesanteur
très élevée : ___________________________________
Horizontal :
1
2
3
4
Le poids est une grandeur ...
Relation entre masse et poids en un lieu donné.
La masse est une grandeur ...
La représentation graphique de la masse en fonction du poids est une droite passant par
l’...
5 Intensité de la ...
6 Grandeur qui change avec le lieu.
Vertical :
1 Le poids est une force d’...
2 Unité du poids.
3 Grandeur qui ne change pas avec le lieu.
P-32
Chapitre 7 – Mouvement et vitesse
7.1. Types de mouvement
A la la foire « Schueberfouer » tu peux observer les mouvements de différent objets:
le manège (Karussel), la roue géante, les montagnes russes (Achterbahn), …
Ces mouvements peuvent être classés selon leur forme :
On distingue :
- le mouvement rectiligne
- le mouvement circulaire
-> …………………………………………………………………………
-> …………………………………………………………………………
On peut aussi classer les mouvements selon leur changement de vitesse.
On distingue :
- le mouvement uniforme -> ……………………………………………………………….…………… :
-
………………………………………………………………………………
le mouvement varié -> ……………………………………………………………………………..……:
……………………………………………………………………………………………………………………
Exercice P61 :*
Donner des exemples de mouvements rectilignes et circulaires de la vie courante.
Donner des exemples de mouvements uniformes et variés de la vie courante.
Exercice P62 :*
Expliquer ce que l’on entend par :
a)
b)
c)
d)
mouvement
mouvement
mouvement
mouvement
rectiligne uniforme.
circulaire uniforme.
accéléré
décéléré (ou retardé)
Exercice P63 :**
Indiquer, quelle parties du mouvement des objets suivants sont uniforme, accéléré
respectivement décéléré :
a) le mouvement d’un ascenseur
b) le mouvement d’un bateau à moteur
c) le mouvement d’un avion
P-33
7.2
Rapidité du mouvement : la vitesse v
Lors d’une course à pied, les différents coureurs se déplacent avec des rapidités
différentes. Pour déterminer la rapidité d’un mouvement il faut mesurer :
- ………………………………………………… ;
- ………………………………………………… ;
son unité S.I. est ……………………..……….
son unité S-I. est ……………………..……….
- Si deux corps se déplacent pendant la même
durée (p.ex 1 heure), le corps qui a parcouru
une distance plus grande est plus rapide.
- Si deux corps parcourent la même distance
(p.ex. 100 km), le corps qui a fait le
déplacement pendant une durée plus petite est
plus rapide.
Expérience :
Mesurons pour une voiture à moteur électrique la distance parcourue d et la durée de
parcours t :
Distance d en m
Durée t en s
valeur moyenne :
P-34
Refaisons les mesures pour une voiture plus rapide :
Distance d en m
Durée t en s
valeur moyenne :
Représentons les deux séries de mesures sur une seule représentation graphique de la
distance parcourue en fonction de la durée de parcours:
P-35
Conclusion :
Si la durée de parcours t de l’objet est ………………………..………. alors la distance
parcourue par l’objet d est également ………………………..………. (aux incertitudes de
mesures près, voir p P7)
On dit que la distance parcourue d ………………………..………. la durée de parcours t
et on note : ………………………..……….
Le rapport …………. est un ………………………..…………………………..…….qui est
d’autant plus grand que la rapidité de l’objet est grande. Il est noté ………………
et représente la vitesse moyenne: ……………………..
La représentation graphique de la distance parcourue d en fonction de la durée de
parcours t est ………………………………………………………………………………………….
Pour la voiture 1 on trouve
v = ……………….
Pour la voiture 2 on trouve
v = ……………….
La vitesse moyenne: ……………………est une mesure de la ………………………………
d’un corps.
Si la vitesse d’un objet en mouvement reste constante et ne change pas, on dit que
le mouvement est …………………………………….
Définition : On appelle vitesse moyenne d’un corps en mouvement, notée …….…,
le quotient de la distance parcourue par ce corps par le durée de parcours t :
Formule : ………………………………………………………………
Unité du système international S.I. : Si la distance parcourue d = 1 m et la durée de
parcours t = 1s
alors la vitesse moyenne v = …………………………..
Grandeur physique
Symbole
Unité du système
international S.I.
vitesse moyenne
v
le mètre par
seconde
distance parcourue
d
durée de parcours
t
Une autre unité de vitesse utilisées est : 1
.
km
.
h
3,6
On a
: 3,6
P-36
Symbole
m
s
le mètre
m
la seconde
s
km 1km 1000 m 1 m
On a : 1 1
=
=
=
h
1h 3600 s 3,6 s
Représentons pour les 2 séries de mesures la vitesse moyenne en fonction de la durée de
parcours sur une seule représentation graphique :
Conclusion :
La représentation graphique de la vitesse moyenne v en fonction de la durée de
parcours t est …………………………………………………………..
La distance parcourue est ……………………………à la durée du mouvement : ……………
La vitesse v = ……………est donc …………………. On dit que le mouvement est
…………………………………….
P-37
Exercice P64 :**
Les performances sportives dans différentes disciplines sont les suivantes :
a) Athlétisme : 100 m en 9,58 s
b) Patinage de vitesse : 500 m en 35,76 s
c) Vélo : 1 km en 1 min 2,09s
Déterminer les vitesses des sportifs en 2 unités distinctes.
Exercice P65 :***
La locomotive de Pierre a besoin de 10 secondes pour parcourir les rails d’une longueur de
4 m. Déterminer la vitesse de la locomotive en 2 unités distinctes.
Exercice P66 :**
En voiture, Aline parcourt 2,4 kilomètres en 3 minutes. Déterminer sa vitesse en 2 unités
distinctes.
Exercice P67 :**
a) Quelle est la distance parcourue en 2,5 heures par un bateau qui a une vitesse de
25 km/h ?
b) Quelle est sa durée de parcours entre Dover et Calais, séparés de 40km.
Exercice P68 :**
a) Réaliser une représentation graphique de la distance parcourue en fonction de la durée
de parcours pour un avion de ligne qui se déplace avec une vitesse de 720 km/h.
b) Ajouter sur le graphique la représentation obtenue pour un avion de chasse qui se
déplace avec une vitesse double. Motiver votre choix.
c) Réaliser une deuxième représentation graphique de la vitesse moyenne en fonction de
la durée de parcours pour les deux avions.
Exercice P69 :**
Un orage (Gewitter) se trouve à 3 km de toi. On observe d’abord l’éclair de lumière (Blitz)
et un peu plus tard on entend le tonnerre (Donner).
a) Qu’est-ce que l’on peut dire si on compare, dans l’air, la vitesse de la lumière à celle
du son dans l’air. ?
b) Calculer la durée de parcours de la lumière et celle du son sachant que leurs
vitesses sont 300 000 000 m/s respectivement 340 m/s.
P-38
Exercice P70 :*
La représentation graphique suivante
montre la consommation de sucre et
l’apparition de carie dans différents
pays. Chaque pays est représenté
par un point sur le graphique.
a) Comment
appelle-t-on
la
droite qui est tracée à traves
les points. Comment est-elle
tracée ?
b) Comment peut-on expliquer
que la droite ne passe pas par tous les points.
c) Quelle relation existe entre les deux grandeurs représentées ?
Exercice P71 :**
La représentation graphique suivante montre comment la vitesse (speed) d’une voiture
de course varie sur un parcours plat (track) de 3km lorsqu’il effectue son deuxième tour.
1) Quelle est la distance approximative de la ligne de départ (starting line S) jusqu’au
début la partie rectiligne la plus longue du parcours. Motiver votre réponse.
2) Où a été mesuré la vitesse la plus faible lors du deuxième tours ? Quelle était la
valeur de la vitesse la plus faible ?
3) Que peut-on dire du mouvement de la voiture entre les positions 2,6 km et
2,8 km ?
4) Voici 5 images de parcours possible. Quel parcours correspond au graphique de
vitesse précédent ?
P-39
Exercice P72 :**
Les graphiques suivants montrent les dimensions d’un pluviomètre (Regenmesser) ainsi
que le niveau d’eau (height) d’un pluviomètre en fonction du temps. Le pluviomètre est
constitué d’un récipient dont la forme est indiquée par la figure suivante. Au début de
l’expérience, le récipient est vide et il se rempli avec un débit constant d’eau de 1 litre par
seconde.
1) Quel graphique représente une relation de proportionnalité. Expliquer.
2) Lequel des graphes correspond au niveau d’eau du pluviomètre en fonction du
temps ? Motiver votre réponse.
P-40