CHAPITRE GRAVITATION

NOM : 24/03/2012
PRENOM : CORRECTION Durée : 2 heures
CLASSE :
1
1 cm
PARTIE PHYSIQUE (12 points)
EXERCICE N°1 : MOBILE AUTOPORTEUR (2 points)
L’enregistrement du mouvement d’un mobile autoporteur sur une table horizontale est représenté ci-dessous. La
durée entre deux positions est τ = 20 ms.
1) Sur le schéma, identifier le type de mouvement du mobile durant les différentes phases (2 adjectifs pour
chaque phase). (0,5)
2) Les forces s’exerçant sur le mobile se compensent-elles durant tout l’enregistrement ? (0,5)
Les forces s’exerçant sur le mobile se compensent durant la seconde phase de l’enregistrement (d’après le
principe d’inertie) lorsque le mouvement est rectiligne uniforme. La réponse est donc NON
3) Déterminer la vitesse du mobile lorsque le mouvement est uniforme (1)
On désire calculer la vitesse du mobile d’après la formule : v = d / ∆t
Le mouvement du solide est uniforme entre les points 9 et 13. On aura ∆t = 4 x τ
Calculons donc la longueur d correspondant à la distance parcourue par le mobile autoporteur durant ∆t.
1cm  1,3 cm mesuré 7,7 x 1
d = = 5,92 cm
d cm  7,7 cm mesuré 1,3
Donc v = d / 4τ = 5,92.10-2 / (4x20.10-3) = 0,74 m.s-1
EXERCICE N°2 : LA GRUE (5 points)
Soit une grue soulevant un bloc de béton de masse m = 1 500 kg. Ce bloc est soulevé à l’aide d’un câble en acier,
rigide et tendu. La vitesse verticale du bloc est constante lors du soulèvement.
1) Dans quel référentiel vous vous
placez pour étudier le mouvement
du bloc de béton ? (0,5)
On se place dans le référentiel
Terrestre.
1
13
9
1ère phase : mouvement RECTILIGNE
ACCÉLÉRÉ
……………………………………………..
2ème phase : mouvement RECTILIGNE
UNIFORME

NOM : 24/03/2012
PRENOM : CORRECTION Durée : 2 heures
CLASSE :
2
2) Calculer le poids P du bloc de béton. Donner les autres caractéristiques du vecteur poids (Point
d’application, direction et sens)
Par définition, P = m x g ,
AN : P = 1 500 x 9,8 = 14 700 N ou 1,47.104 N
Les caractéristiques du poids sont donc les suivantes :
Point d’application : le centre d’inertie du bloc de béton G
Direction : suivant la verticale du lieu
Sens : de haut en bas
Valeur (norme) : 14 700 N
3) Quelle autre force s’applique au bloc de béton ?
L’autre force s’appliquant au bloc de béton est la tension du câble, notée T.
4) Donner les caractéristiques de l’autre force s’appliquant sur le bloc de béton. Justifier clairement.
D’après l’énoncé, le mouvement du bloc du béton est rectiligne uniforme car il monte à vitesse
constante. On étudie le bloc de béton dans le référentiel Terrestre, et le mouvement dudit bloc est
rectiligne uniforme, alors d’après le principe d’inertie, les forces qui s’appliquent au bloc de béton se
compensent.
On écrira alors P + T = 0 soit P = - T
On en déduit donc les caractéristiques de T :
Point d’application : l’attache du câble sur le bloc de béton
Direction : suivant la verticale du lieu
Sens : de bas en haut
Valeur (norme) : 14 700 N
5) Représenter ces forces sur le schéma suivant avec une échelle adaptée. On schématisera le bloc de béton
par un point.
P
G
Bloc de
béton
T

NOM : 24/03/2012
PRENOM : CORRECTION Durée : 2 heures
CLASSE :
3
EXERCICE N°3 : TITAN ET SATURNE (5 points)
Titan est l’un des 34 satellites connus de Saturne. Il vient d’être exploré pour la première fois par la sonde
Huygens durant l’année 2005.
1) Calculer la valeur des forces d’interaction gravitationnelle s’exerçant entre Saturne et Titan. Exprimer le
résultat en écriture scientifique avec 3 chiffres significatifs ?
Calculons la valeur de l’intensité de la force d’interaction gravitationnelle s’exerçant entre Saturne et
Titan :
²
/
// TS
TS
STTS dmm
GFF 
AN :
)²10.2,1( 10.31,110.69,5
10.67,6 9
2326
11 
F
NFF STTS 21
// 10.45,3
2) Quelles sont les autres caractéristiques de ces forces ?
Les forces d’interactions s’exerçant entre Saturne et Titan ont la même direction (suivant l’axe des 2
astres), même valeur mais de sens opposé.
3) Représenter ces forces sur le schéma ci-dessous en respectant l’échelle utilisée.
1cm  1,00.1021 N 3,45.1021 x 1
x = = 3,45 cm
x cm  3,45.1021 N 1,00.1021
1 cm
1,00 x 1021 N
FT/S
FS/T

NOM : 24/03/2012
PRENOM : CORRECTION Durée : 2 heures
CLASSE :
4
4) On supposera que le poids d’un objet peut être confondu à la force de gravitation exercée sur lui par un
astre. Donner la formule du poids P d’un objet de masse m. Puis, donner la formule de la force de
gravitation F exercée par un astre de masse M et de rayon R sur un objet de masse m situé à sa surface.
D’après la formule, P = m x g
Et
²RmM
GF 
5) D’après la question précédente, exprimer l’intensité de la pesanteur, g, à la surface d’un astre de masse M
et de rayon R. Quelle est la valeur de l’intensité de la pesanteur à la surface de Titan, notée gT? A la
surface de Saturne, notée gS ? Les comparer à la valeur de l’intensité de la pesanteur à la surface de la
Terre, notée g0.
D’après la question précédente, P = F donc
gm
RmM
GF   ²
Donc
²R
M
Gg 
A la surface de Titan,
1
3
23
11 .31,1
)²10.2580(10.31,1
10.67,6
²  kgN R
M
Gg
T
T
T
A la surface de Saturne,
1
3
26
11 .44,10
)²10.60300( 10.69,5
10.67,6
²  kgN R
M
Gg
S
S
S
Comparons ces valeurs à la valeur de l’intensité de la pesanteur sur la Terre :
A la surface de la Terre,
1
0.8,9 
kgNg
;
g0 / gT = 9,8 / 1,31 = 7,5 donc l’intensité de la pesanteur est 7,5 fois plus grande sur Terre que sur Titan.
gS / g0 = 10,44 / 9,8 = 1,07 donc l’intensité de la pesanteur est 1,07 fois plus grande sur Saturne que sur la
Terre. Ces valeurs sont cependant relativement identiques.
6) Quel est le poids d’un objet de masse m = 5 kg à la surface de Saturne ? de Titan ? de la Terre ? Où est-il
le plus facilement déplaçable ?
PS = m x gS = 5 x 10,44 = 52,2 N
P = m x g0 = 5 x 9,8 = 49 N
PT = m x gT = 5 x 1,31 = 6,55 N
Les objets sont beaucoup plus facilement déplaçables sur Titan que sur les autres Astres.

NOM : 24/03/2012
PRENOM : CORRECTION Durée : 2 heures
CLASSE :
5
Données partie physique:
Masse de Saturne : MS = 5,69 x 10 26 kg ; Rayon de la planète Saturne : RS = 60 300 km
Masse de Titan : MT = 1,31 x 10 23 kg ; Rayon de Titan : RT = 2 580 km
Distance Titan-Saturne : 1,2 x 106 km
Constante universelle de gravitation : G = 6,67 x 10 -11 N.kg-2.m²
Intensité de la pesanteur sur Terre : g = 9,80 N.kg-1.
PARTIE CHIMIE (8 points)
EXERCICE 4 : TABLEAU PÉRIODIQUE (3 points)
Les trois premières périodes de la classification sont représentées dans le tableau simplifié ci-dessous
(Les numéros des colonnes y sont rappelés).
Remplir les cases manquantes en vous aidant des indices donnés :
Indice 1 : Le chlore donne facilement l’anion Cl-
Indice 2 : le lithium, de symbole Li, donne Li+.
Indice 3 : les atomes de néon, de symbole Ne respectent la règle de l’octet sur leurs couches L.
Indice 4 : Le soufre, de symbole S, a des propriétés chimiques analogues à l’oxygène O.
Indice 5 : L’argon Ar est un gaz noble possédant 8 électrons sur sa couche externe M.
Indice 6 : l’azote, de symbole N, appartient à la même famille du phosphore.
1 2 13 14 15 16 17 18
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
EXERCICE 5 : LE MAGNÉSIUM ET LE CHOCOLAT (5 points)
L’atome de magnésium Mg est caractérisé, dans la nature, par Z = 12 et A = 24 à 79 %, ou A = 25 à 10 %, ou
A = 26 à 11 %.
1) Que représente ces différents nombres de masse possible pour le magnésium ?
Le magnésium a plusieurs ISOTOPES dont la majorité (79%) possède 24 nucléons soit
24-12=12 neutrons, 10% d’entre eux ont 13 neutrons et 11% ont 14 neutrons
2) Combien d’électrons possède l’atome de magnésium ?
L’atome de magnésium possède 12 électrons