Spécialité - Sciences physiques

Correction du Bac Blanc de Sciences Physiques 2016 - Spécialité
I- Remise en orbite de la station spatiale internationale (ISS) à l’aide d’une fusée
Progress
A- Largage des boosters de la fusée Soyouz (3,25 pt)
1. (0,75 pt) Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, on applique la 2ème loi de

Newton au système {Booster} : m a =  Fext car m est constant.

m a = P = m g donc
2. (0,5 pt)
G.M T .m Pr o
F =
(R T  h ) 2
N
3. (0,5 pt) Dans le référentiel géocentrique supposé galiléen, on applique la 2ème loi de

Newton au système {vaisseau Progress} : mPro a =  Fext car mPro est constant.
mPro a = FTerre / Pr ogress =
G.M T .m Pr o
(R T  h )
2
N
donc
a =g
4. (0,5 pt) Or dans le repère de Frenet, a =
2. (0,5 pt) Le vecteur g est parallèle à l'axe Oy, vers le bas, donc ax = 0 et ay =  g.

3. (1,25 pt) Vx est la primitive de ax donc Vx = V0x
Or V0x = V0.cos
donc Vx = V0.cos
Vy est la primitive de ay
Or V0y = V0.sin
donc

G.M T
V2
=
(R T  h )
(R T  h ) 2
Vy =  gt + V0y
5. (0,5 pt) V =
Vy =  gt + V0.sin
x est la primitive de Vx donc x = V0.cos.t + x0(=0) soit
y est la primitive de Vy donc y =  gt2/2 + V0.sin.t + y0
soit y =  gt2/2 + V0.sin.t + h
x = V0.cos.t
Or y0 = h
a =
G.M T
(R T  h ) 2
N
V2
V2
N
N
r
(R T  h )
soit
V=
G.M T
RT  h
6,67  1011  5,98  1024
= 7,7110 3 m·s1 = 7,71 km·s1
3
3
(6,38  10  334)  10
C- Rehaussement de l’orbite de l’ISS (1,25 pt)
1. (0,5 pt) La quantité de mouvement du système est nulle avant l'éjection des gaz et
4. (0,25 pt) Au sommet S de sa trajectoire, Vy = 0.
5. (0,5 pt) yS =
yS =
( v 0 . sin ) 2
h
2g
(1,82  103  sin 27) 2
 53,4  103 = 8910 3 m = 89 km
2  9,6
reste constante suite à cette opération : p après  0

p après  m gaz .V gaz  (m ISS  m Pr o ).V ISSPr o  0 car l'ISS et le vaisseau Progress sont
liés et possèdent la même vitesse après le remorquage.

V ISS Pr o  
m gaz .V gaz
m ISS  m Pr o
B - Mise en orbite basse du vaisseau Progress (2,5 pt)
1. (0,5 pt) Voir schéma ci-contre.
2. (0,5 pt) VISS Pr o 
3,8  3,3  103
= 29 m·s1
426
3. (0,25 pt) D'après l'énoncé, la vitesse de l'ISS doit augmenter d'au moins 25 m/s pour
que le remorquage soit envisageable. Dans l'exemple précédent ce gain de vitesse est
de 29 m/s donc la station peut être remontée grâce à l'action du vaisseau Progress.
II- Quand le vin devient aigre
A- Trop d'ester dans le vin (1,5 pt)
1. (0,75 pt) On distingue trois signaux principaux dans le spectre RMN de E. On peut
en déduire qu'une molécule de cet ester contient trois groupes de protons
équivalents.
 pour le signal vers 1,3 ppm, on distingue 3 pics. Selon la règle des (n+1)uplets, cela signifie que les protons de ce groupe possèdent 2 protons
équivalents voisins.
 pour le signal vers 2 ppm, on voit un singulet caractéristique de protons sans
voisins.
 le signal vers 4,2 ppm est un quadruplet donc les protons de ce groupe ont 3
voisins.
De plus, grâce à la courbe d'intégration, on peut dire que ces groupes contiennent
respectivement 3 , 3 et 2 protons.
2.1. (0,5 pt) (a) Ethanoate d'éthyle :
(b) Propanoate de méthyle :
O
O
C
H3C
O
CH2
Hb
Ha
CH3
H3C
CH2
C
O
CH3
Hc
L'ester est l'éthanoate d'éthyle. Les valeurs des déplacements chimiques
correspondent uniquement pour lui.
Considérons par exemple les protons du groupe méthylène CH2. Dans l'éthanoate
d'éthyle, ces protons, du type CCH2OCO, doivent donner un quadruplet vers
4,1 ppm alors que dans le propanoate de méthyle, les protons du groupe méthylène,
du type CCH2COOR, doivent également donner un quadruplet mais vers 2,2
ppm. Le quadruplet de l'ester E s'observant à un peu plus de 4 ppm, il ne peut
s'agir que l'éthanoate d'éthyle.
2.2. (0,25 pt) L'ester E est nommé éthanoate d'éthyle.
B- Dosage spectrophotométrique d'un vin (4 pt)
1.2. (0,5 pt) Le spectre (a) correspond à celui de l'éthanal et le (b) à celui de
l'éthanol. En effet on distingue sur le spectre (a) une bande d'absorption vers 1700
cm1 caractéristique d'une liaison C=O. De plus dans le spectre (b), figure une
bande d'absorption large vers 3300 cm1 caractéristique d'une liaison OHlié
présente dans un alcool du type éthanol en phase liquide.
2.1. (0,5 pt) La quantité d'éthanol dans le vin se déduit de la quantité de NADH
formée par la réaction Ethanol + NAD+  Ethanal + NADH + H+. Seule la NADH
doit absorber lors de la mesure de l'absorbance pour que cette mesure soit
proportionnelle à la quantité d'éthanol. De plus cette absorbance doit être la plus
grande possible donc, d'après le spectre d'absorption de NADH, il faut choisir une
longueur d'onde de 340 nm.
2.2. (0,5 pt) Le graphique A = f(Cm) est une droite passant par l'origine. Il est donc
caractéristique d'une situation de proportionnalité entre A et Cm qui se traduit par
une équation du type A = kCm comme prévu par la loi de Beer-Lambert.
2.3. (0,5 pt)
k=
A
Cm
On prend un point sur la droite : A = 0,48 pour Cm = 300 mg/L
0,48
k=
= 1,610  3 L·mg1 = 1,6 L·g1
300
3.1. (0,5 pt) Cm =
3.2. (0,75 pt)
A
k
Cm =
0,16
= 1,010 2 mg·L1
3
1,6  10
Cvin = 10000,01 = 1,010 2 g·L1
Cvin = 1000Cm
Le titre alcoométrique, exprimé en degré, est égal au nombre de litres d'éthanol
contenus dans 100 litres de vin.
Dans 100 L de vin, méthanol = Cvin. Vvin = 100102 = 1,010 4 g.
La masse volumique étant définie par  =
Véthanol =
104
= 1310 3 mL = 13 L
0,78
m
,
V
Véthanol =
m

Le vin titre 13 degrés.
1.1. (0,5 pt) Formule semi-développée de l'éthanol : H3CCH2OH
Pour l'éthanal : H3CCH=O
3.3. (0,25 pt) Selon le code de la santé publique, un vin doux ne doit pas titrer plus
de 18 degrés. Le titre de ce vin est de 13 degrés donc il est conforme au code de la
santé publique.
C- L'acidité du vin (2,5 pt)
1. (0,25 pt) Un acide faible réagit partiellement avec l'eau. Sa réaction avec l'eau
est limitée.
2. (0,5 pt) Dans une molécule d'acide tartrique on distingue deux groupes hydroxyle
OH et deux groupes carboxyle COOH.
3.1. (0,5 pt) n(HO) = C.V
n(HO) = 0,1×14,5103 = 1,4510 3 mol
3.2. (0,75 pt) Selon l'équation de la réaction, n(H2A) =
n(H2A) =
n(HO )
2
1,45  103
= 7,2510 4 mol
2
De plus, m = n.M
m = 7,25×104×150 = 0,109 g
3.4. (0,5 pt) 20,0 mL de vin contiennent l'équivalent de 0,109 g d'acide tartrique.
Cela correspond à une concentration massique :
m
0,109
t=
t=
= 5,44 g·L1
V
20  103
III- La communication des mammifères marins
1.1. (0,5 pt) L’expression de la pression est donnée dans le document 3 : P = P0 + ρ·g·z
À 4000 m de profondeur on a :
P = 1×105 + 1,03×103 × 9,8 × 4000 = 4,0×107 Pa
3.1. (0,5 pt) D’après le document 5, le son doit être émis dans un SOFAR pour se propager
sur une grande distance.
Un SOFAR est une zone de l’océan limitée par deux zones dans lesquelles la vitesse est plus
grande. Un SOFAR correspond donc à une zone dans laquelle la vitesse est minimale.
Remarque : On retrouve bien la valeur que l’on peut lire sur la figure 2 (40×10 6 = 4,0×107).
D’après la figure 4 un minimum de célérité est situé vers 800 m de profondeur.
1.2. (0,75 pt) L’expression de la vitesse est donnée dans le document 5 :
= 1410 + 4,5 T + 1,3 S + 1,6×10–6 P
À 40000 m :
- Par lecture graphique sur la figure 1 ou trouve T = 2 °C
- Par lecture graphique sur la figure 3 ou trouve S = 34,8 g·kg-1
- D’après la réponse précédente on a P = 4,0×107 Pa
Il vient donc : = 1410 + 4,5 × 2 + 1,3 × 34,8 + 1,6×10 –6 × 4,0×107 = 1528 m·s–1
Pour que le son émis se propage sur une grande distance il doit donc être émis à environ
800 m de profondeur.
On retrouve bien la valeur que l’on peut lire sur la figure 4.
Remarque : le calcul avec la valeur non arrondie de P donne 1529 m·s–1.
2.1. (0,75 pt) D’après le document 5, pour les faibles profondeurs, la température est la
principale cause de la variation de la valeur de la vitesse du son dans l’eau.
D’après l’équation du document 5, le coefficient affectant la température dans l’expression de
la vitesse est positif (il est égal à + 4,5). Le sens de variation de est donc le même que
celui de T.
D’après la figure 1 la température diminue lorsque la profondeur augmente.
On peut donc conclure que pour les faibles profondeurs la vitesse diminue lorsque la
profondeur augmente.
D’après le document 5, pour les grandes profondeurs, la pression est la principale cause de la
variation de la valeur de la vitesse du son dans l’eau.
D’après l’équation du document 5, le coefficient affectant la pression dans l’expression de la
vitesse est positif (il est égal à + 1,6×10-6). Le sens de variation de est donc le même que
celui de P.
D’après la figure 2 (ou d’après le document 3) la pression augmente lorsque la profondeur
augmente.
On peut donc conclure que pour les grandes profondeurs la vitesse augmente lorsque la
profondeur augmente.
Cela explique pourquoi on observe un minimum pour la célérité du son dans l’eau : lorsque la
profondeur augmente la célérité du son diminue puis augmente.
2.2. (0,5 pt) Le minimum de célérité se situe à la fin de la zone dans laquelle la température
diminue fortement lorsque la profondeur augmente.
Avec le vocabulaire du document 2 on en déduit que ce minimum est donc situé à la
transition entre la couche thermocline et la couche profonde.
3.2. (2 pt) Les deux sons ont des fréquences différentes :
Animal
Baleine
Fréquence du son émis
4000 Hz
Grand dauphin
100 kHz
La figure 5 nous permet de connaitre le coefficient d’atténuation de chacun de ces sons. Ce
coefficient correspond à la baisse, en dB, du niveau d’intensité sonore pour chaque kilomètre
parcouru.
Animal
Baleine
Grand dauphin
-1
Coefficient d’atténuation
0,3 dB·km
10 dB·km-1
Par ailleurs, le document 1 nous donne le niveau d’intensité sonore du son émis et le niveau
d'intensité sonore minimal perceptible par chaque animal.
La différence entre les deux niveaux correspond à la diminution maximale, en dB, du niveau
d’intensité sonore du son correspondant à chaque animal tout en gardant un son perceptible par
cet animal.
Animal
Baleine
Grand dauphin
Niveau d'intensité sonore du son émis
170 dB
222 dB
Niveau d'intensité sonore minimal perceptible
50 dB
40 dB
Diminution maximale du niveau d’intensité sonore
120 dB
182 dB
À partir du coefficient d’atténuation du son et de la diminution maximale du niveau d’intensité
sonore on peut calculer la distance maximale par proportionnalité :
Distance maximale
Diminution maximale du niveau d’intensité sonore
Coefficient d’atténuation
Avec :
- la diminution maximale du niveau d’intensité sonore en dB ;
- le coefficient d’atténuation en dB·km-1 ;
- la distance en km.
Animal
Distance maximale
Baleine
120/0,3 = 4×102 km
Grand dauphin
182/10 = 2×101 km
L’animal qui peut communiquer sur la plus grande distance à partir des sons décrits
dans le document 1 est la baleine. Cette distance est d’environ 400 km.