1ère S DST de Sciences Physiques L'usage de la calculatrice est autorisé 21 mai 2012 durée : 3 h Exercice 1 Champs électrostatique et gravitationnel (4 points) 1. On considère le champ électrostatique E créé entre les armatures d'un condensateur plan soumis à une tension électrique. Faire le schéma du condensateur en disposant les armatures horizontalement et représenter le champ électrostatique en deux points quelconques. 2. Déterminer la valeur E du champ électrostatique sachant qu'une particule portant une charge électrique q = - 10 µC subit une force de valeur F = 1.10-2 N. 3. Quelle doit être la distance entre les armatures si le condensateur est chargé sous une tension électrique U = 100 V ? 4. La particule a une masse m = 0,1 g, calculer son poids en considérant qu'il est confondu avec la force gravitationnelle terrestre (le dispositif se trouve à la surface de la Terre). 5. En conservant l'orientation choisie à la question 1. pour la représentation de E , dire si la particule est immobile, ou en mouvement. Justifier la réponse. Données : Masse de la Terre MT = 5,98.1024 kg, rayon de la Terre RT = 6,38.103 km. Constante de gravitation universelle : G = 6,67.10-11 unité SI. Préparation d'un thé (3 points) Exercice 2 Pour préparer un thé vert à la menthe, on souhaite faire bouillir un volume V = 0,25 L d'eau dans une théière en fonte. Le gaz de ville, principalement constitué de méthane, est le combustible utilisé. L'énergie thermique libérée par la combustion d'une masse m gaz de gaz sert à chauffer l'eau et la théière. On a la relation suivante : m gaz × E thermique = (m eau × c eau + C théière).(θ θ f – θ i). 1. Déterminer la masse m eau d'eau à chauffer. 2. Déterminer la masse minimale m gaz de gaz nécessaire, lorsque l'on porte l'eau de la température θ i = 20 °C à la température θ f = 85 °C. Données : ρ eau = 1,0 kg.L-1 ; E thermique = 55,6 kJ.g-1 ; c eau = 4,18 J.g-1.°C-1 ; C théière = 750 J.°C-1. Exercice 3 Consommation d'un véhicule (6 points) Sur la fiche technique d'une voiture à essence, on peut lire : Consommation aux 100 km : 8,2 L. On considère l'essence comme un mélange d'isomères de l'octane, de masse volumique ρ = 0,76 g.mL-1. 1. Donner la formule brute de l'octane sachant que sa chaîne carbonée contient 8 atomes de carbone. Donner les formules semi-développées de l'octane linéaire et d'un de ses isomères. 2. Écrire l'équation de combustion complète de l'octane gazeux sachant qu'il se forme du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O). 3. Quelle quantité de matière d'octane est nécessaire pour réaliser un trajet de 100 km ? 4. Construire le tableau d'avancement de la réaction de combustion de l'octane et en déduire la quantité de matière de dioxyde de carbone produite sur ce trajet. 5. Un « malus écologique » est appliqué à un véhicule dont l'émission moyenne de CO2 est supérieure à 150 g.km-1. Calculer l'émission en g.km-1 du véhicule sur ce trajet et conclure. Rebonds d'une balle de tennis (7 points) Exercice 4 Le graphe donné en annexe (à remettre avec la copie) représente l'énergie potentielle de pesanteur d'une balle de tennis de masse m = 57 g lâchée sans vitesse initiale d'une hauteur z0 au-dessus du sol. 1. À quelle date la balle touche-t-elle le sol pour la première fois ? Justifier que le niveau de référence de l'énergie potentielle de pesanteur est le niveau du sol. 2. Donner l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur et déterminer à partir de la courbe, l'altitude initiale z0 de la balle. 3. À quelle date t1 la balle atteint-elle son altitude maximale après le premier rebond ? Calculer l'altitude z1 correspondante. La balle est-elle conforme aux spécifications selon lesquelles « le rebond de la balle tombant d'une hauteur de 254,00 cm sur une surface plane et dure (en béton par exemple) doit être au minimum de 134,62 cm et inférieur à 147,32 cm » ? 4. En supposant les frottements négligeables lorsque la balle est en l'air, déterminer l'énergie mécanique E0 de la balle avant son premier rebond. 5. Donner l'expression de l'énergie cinétique de la balle. Que vaut cette énergie à la date t1 ? En déduire la valeur de l'énergie mécanique E1 de la balle entre son premier et son deuxième rebond. 6. Quelle proportion de l'énergie mécanique a été perdue lors du rebond ? Sous quelle forme ? 7. Sur le graphe donné en annexe, tracer l'allure des courbes représentant l'énergie mécanique et l'énergie cinétique de la balle lors de son mouvement. Donnée : g = 9,81 N.kg-1. Annexe à remettre avec la copie Classe : Nom :