electricite et mecanique

ELECTRICITE ET MECANIQUE
Qu’appelle t’on « circuit électrique » ? A quelles conditions du courant peut-il circuler dans un circuit ?
Lorsqu’on relie, à l’aide de deux fils « électriques », les deux bornes d’une pile aux deux bornes d’un récepteur adapté
(lampe ou petit moteur), ce dernier fonctionne parce qu’il reçoit du courant électrique généré par la pile. On a alors réalisé
une boucle fermée constituée d’éléments dans lesquels le courant peut circuler : c’est un circuit électrique. Ces éléments dits
conducteurs doivent être en contact les uns avec les autres.
Si quelque part dans le circuit un contact est rompu, le courant ne peut plus circuler : le circuit est alors « ouvert ». Pour
que le courant puisse passer, le circuit doit être « fermé ».
Que se passe t il si l’on relie directement les deux bornes d’une pile par un gros fil métallique ?
Lorsqu’un élément de résistance quasi nulle, tel qu’un fil électrique ou un objet métallique, relie directement les deux bornes
d’un pile, il constitue un court-circuit, c'est-à-dire un chemin extrêmement facile pour le courant électrique. L’élément est
alors traversé par un courant de très forte intensité, ce qui échauffe fortement les conducteurs et vide très rapidement la pile.
Comment obtenir une tension de 4.5V à partir de trois piles de 1.5V ?
En associant les trois piles de 1.5V en série et en concordance on obtient l’équivalence d’une seule pile de tension 4.5V.
Quels différents types de générateurs électriques utilise t’on couramment ?
Les piles : type de générateur en continu de courant électrique qui reste encore de nos jours largement utilisé dans les
appareils portatifs. La tension électrique est générée par des réactions chimiques d’oxydation et de réduction (pertes ou gain
d’électrons) entre les divers produits en présence.
Les générateurs électromagnétiques : dans ce type de générateur, la tension électrique est crée par interaction avec un
champ magnétique variable. On distingue les dynamos, qui produisent un courant continu, et les alternateurs, qui produisent
du courant alternatif.
Les accumulateurs : ou « batterie d’accumulateurs » ou « batterie », sont à l’instar des piles, des générateurs
électrochimiques qui produisent du courant par le biais de réactions chimiques se déroulant entre divers produits en
présence. Mais ces réactions sont réversibles, l’accumulateur peut donc se charger et ainsi accumuler l’énergie sous forme
chimique, puis se décharger en fournissant à son tour du courant électrique.
Quels sont les deux types de branchements permettant d’alimenter deux récepteurs avec le même générateur
électrique ? Quelles sont les principales caractéristiques des deux types de montages ?
Les deux types de branchement sont l’association en série et l’association en dérivation (ou en parallèle).
Pour l’association en série, l’interrupteur commande globalement touts les récepteurs. Le fonctionnement de chaque
récepteur dépend des autres (nombre, état…). C’est un montage peu utilisé.
Pour le fonctionnement en dérivation, chaque récepteur peut être commandé séparément et fonctionne indépendamment des
autres. Chaque récepteur est alimenté sous la tension de la pile. C’est un montage fréquemment utilisé.
Quels sont les dispositifs permettant d’assurer la sécurité d’une installation électrique domestique ?
Les fusibles et coupe circuit : si pour une raison quelconque, un courant d’un intensité excessive venait à circuler dans une
ligne, les conducteurs subiraient un échauffement important et risqueraient de fondre, voire de provoquer un incendie. Pour
éviter ces risques, un dispositif de sécurité est placé sur chaque ligne de l’installation, dont la fonction est de couper le
courant en ouvrant le circuit en cas de dépassement d’un intensité prédéfinie. Le fusible s’il est soumis à une intensité trop
importante, le plomb fond coupant ainsi le circuit. Sur les installations les plus modernes, chaque ligne est protégée par un
coupe circuit de type électromagnétique (un petit disjoncteur), qui fonctionne comme un interrupteur dont l’ouverture est
commandé par un courant trop fort.
Le disjoncteur : il constitue un coupe-circuit pour l’ensemble de l’installation domestique. Il réagit à un courant d’intensité
trop importante en coupant le circuit simultanément sur les deux fils d’alimentation, phase et neutre.
Il est aussi capable de détecter une différence d’intensité entre ces deux fils : c’est sa fonction disjoncteur différentiel. Une
telle différence signifie qu’il y a une fuite de courant par la terre et donc un problème quelque part dans l’installation.
Quelles règles de sécurité doit on respecter pour éviter tout risque d’électrocution ?
Afin d’éviter tout risque d’électrocution, il convient de respecter un certain nombre de règles de sécurité et d’éviter quelques
comportements dangereux :
- ne jamais introduire d’objet métallique tenu à la main dans les trous d’une prise de courant. Il convient de surveiller tout
particulièrement les jeunes enfants de ce point de vue.
- ne jamais ouvrir un appareil électrique pour « bricoler » à l’intérieur quand il est branché.
- couper le courant au disjoncteur avant d’effectuer toute intervention sur l’installation électrique, y compris pour changer
une lampe.
- ne jamais manipuler d’appareil électrique branché lorsqu’on est dans l’eau ou que l’on a les pieds dans l’eau.
- ne jamais toucher un câble électrique tombé à terre, car ce peut être un fils de phase sous tension.
- ne pas utiliser des cordons d’alimentation d’appareils, ou des rallonges électriques en mauvais état, dans lesquels les
conducteurs sont particulièrement dénudés.
Quels sont les principaux types de dispositifs de production du courant électrique du secteur ?
Les centrales thermiques « classiques » à flamme : la turbine est entraînée par de la vapeur d’eau sous forte pression. Celleci est produite dans une grande chaudière où la combustion du charbon ou du fioul fait bouillir de l’eau circulant dans une
multitude de tuyaux.
Les centrales nucléaires : c’est aussi une centrale thermique dans laquelle on produit de la vapeur d’eau sous pression en
utilisant une autre source de chaleur. Ici les réactions nucléaires se produisent dans une grande cuve d’acier appelée cœur.
Elles libèrent énormément d’énergie et chauffent l’eau circulant dans un premier circuit dit « primaire ». Bien qu’elle soit
très chaude, cette eau reste liquide car elle est maintenue en circuit fermé sous très forte pression. Dans un échangeur de
chaleur, appelé générateur de vapeur, cette eau du circuit primaire cède sa chaleur à l’eau d’un circuit dit « secondaire »,
qui se vaporise pour aller ensuite entraîner la turbine.
Les centrales hydrauliques : la source d’énergie utilisée pour faire tourner la turbine est l’eau d’une rivière retenue en
hauteur derrière un barrage. S’écoulant à grande vitesse par un gros tuyau, l’eau est violemment projetée sur les pales de la
turbine.
Les champs d’éoliennes : une éolienne comporte des pales mises en rotation par le vent. Elles entraînent directement un
alternateur par l’intermédiaire d’engrenages. Comme la puissance d’un éolienne reste modeste, on en installe généralement
plusieurs associées quand le site est favorable.
A quelle condition une barre mobile autour d’un axe et soumise au poids de deux objets suspendus est elle en équilibre
L’action des forces tendant à le faire tourner dans un sens doit être compensée par l’action des forces tendant à le faire
tourner dans l’autre sens.
Comment le fonctionnement du décapsuleur à bouteilles utilise-t-il le principe des leviers ?
Levier : solide mobile autour d’un axe (le point d’appui), que l’on fait tourner en exerçant une force motrice capable de
vaincre une force résistante.
Le décapsuleur fonctionne dont comme un levier dans lequel le point de résistance se trouve entre le point d’appui et le point
d’application de la force motrice.
Quel type de balance faudrait il utiliser sur la Lune pour y peser correctement des objets ?Les « vraies » balances, qui
indiquent la masse d’un objet par comparaison avec une masse référence, sont utilisable et donnent le même résultat en
n’importe qu’el lieu où s’exerce une pesanteur, aussi bien sur la Terre, que sur la Lune, ou une autre planète, : balance à
deux plateaux, balance romaine.
De quel type de mouvement est animé un solide lorsque la trajectoire de chacun de ses points est une droite ? Lorsque
c’est un cercle ?
Le mouvement de translation rectiligne correspond au déplacement d’un objet selon une trajectoire rectiligne (ex :
ascenseur).
Le mouvement de rotation (ou circulaire) correspond à la trajectoire est un cercle ou un arc de cercle (ex : pales d’un
moulin).
Qu’est ce qu’un engrenage. Quelles peuvent être ses différentes fonctions ?
Les engrenages sont constitués de roues dentées, appelées pignons, qui sont en contact deux à deux et s’imbriquent les une
dans les autres par leurs dents. Le mouvement d’une roue motrice est transmis à l’ensemble des roues de l’engrenage.
Les engrenages sont utilisés pour transmettre un mouvement circulaire, mais surtout pour leur possibilité de modifier la
vitesse de rotation. En effet, dans un engrenage, les dents d’un pignon viennent se placer exactement entre les dents du
pignon suivant, si bien que quand un pignon tourne d’une dent l’autre aussi. Ainsi, si deux pignons en contact ont un nombre
différent de dents, ils ne font pas le même nombre de tours pendant le même temps, et leur vitesse de rotation est donc
différente. (quand la roue motrice est plus grande que la seconde roue le mouvement est surmultiplié car la petite roue
tourne plus vite.)
Quand dit-on qu’un mouvement de rotation est démultiplié ? Quels différents mécanismes permettent d’obtenir une
démultiplication ?
Dans un engrenage, quand la roue motrice est plus petite que la roue entraînée, on parle d’un mouvement démultiplié : le
second pignon tourne moins vite et effectue moins de tours que le premier.
Comparer deux modes de développement d’animaux.
Développement indirect (métamorphoses) : Ce type de croissance correspond à un changement de milieu de vie au cours du
développement (grenouille), un changement de régime alimentaire. Elle est caractérisée par une phase libre permettent la
dissémination de l’espèce. Les animaux entourés d’une carapace grandissent par mues.
Développement direct (croissance continue des jeunes) : Quand un jeune ressemble à l’adulte, le développement se déroule
sans changement important de forme. Pour les mammifères : changement morphologiques, augmentation de la taille de
l’animal jusqu’à l’age adulte (croissance), maturité sexuelle à l’entrée dans l’âge adulte.
Expliquez ce qu’est la métamorphose et quelle est sa place dans le développement de l’animal.
Chez certains insectes, les jeunes, à la naissance, ne ressemblent pas du tout à l’adulte. A un moment de leur développement,
ils doivent subir une transformation totale de leur aspect physique et même de leur anatomie : c’est la métamorphose. Dans
le cas de métamorphoses, les transformations anatomiques, morphologiques et alimentaires, ainsi qui le mode de respiration
et de déplacement, sont associées et très importantes.
Décrivez le développement d’un végétal vert.
La graine absorbe de l’eau et gonfle. Le tégument se déchire, la radicule s’allonge, et s’enfonce dans le sol en donnant la
racine principale. La tigelle s’allonge à son tour, se redresse et soulève les cotylédons au dessus du sol. Des racines
secondaires apparaissent sur la racine. Des racines secondaires apparaissent sur la racine. Toutes les extrémités de la
plante sont dotées de tissus capables de se diviser rapidement, ils assurent la croissance en longueur de la plante grâce à de
nombreuses divisions cellulaires et à l’élongation des cellules. La plantule va croître, donner une plante verte (les feuilles
verdissent à la lumière) ; plus tard des fleurs apparaîtront qui , fécondées, donneront des fruits sous forme de gousses
contenant des graines. Une nouvelle génération est apparue.
Comment les arbres grandissent-ils?
La croissance des arbres s’opère essentiellement au printemps et en été. Tous les ans au printemps, sous la poussées de l’eau
qui circule dans les vaisseaux, les écaillent s’écartent et le rameau de l’année se développe. Les écailles laissent des
cicatrices annulaires qui délimitent la pousse d’une année. Chaque année, l’arbre augment le diamètre de ses tiges et de son
tronc en ajoutant une couche de bois supplémentaire. On peut observer les résultats de cette croissance sur une coupe de
tronc avec les anneaux, ou cernes de croissance.
Nommez les types de sève qui circulent dans une plante verte. Dans quelles structures se font ces circulations ?
Grâce aux poils absorbants, les racines puisent l’eau du sol dans laquelle des sels minéraux sont dissous. Cette eau chargée
en sels minéraux est transportée dans les vaisseaux du bois elle forme la sève brute constituée à 99% d’eau. Le bois est
formé de cellules en forme de tubes contigus qui assurent une canalisation continue des racines jusqu’au feuilles où ces tubes
constituent des nervures. La montée de l’eau est assurée essentiellement par la transpiration des feuilles qui provoque un
phénomène de pompage.
La matière organique est transportée dans la sève élaborée, qui est constituée en majorité de glucides. Le transport vers tous
les organes de la plante se fait par des cellules spécialisées (tubes criblés) située entre l’écorce et le bois : le liber. C’est
cette sève que convoitent les parasites des plantes vertes en piquant les tubes criblés en en la suçant à travers l’écorce.
Qu’est ce qu’un écosystème ?
Un milieu est composé d’un cadre naturel : le biotope (lieu de vie), peuplé par une communauté biologique faite de végétaux
et d’animaux : la biocénose. Cet ensemble constitue un écosystème.
Définissez un réseau trophique.
Il y a une multitude de chaîne alimentaire dans un écosystème, elles sont rarement indépendantes.
Les différentes chaînes sont donc interconnectées et forment un véritable réseau. Dès qu’il y a un maillon commun entre deux
chaînes alimentaires, on parle de réseau alimentaire ou réseau trophique.
Qu’est ce qui caractérise la production primaire ?
Tous les organismes qui produisent de la matière organique à partir de matière minérale sont appelés des producteurs
primaires.
Citez deux exemples, l’un néfaste, l’autre bénéfique, de rôles joués par l’homme sur son environnement.
- L’effet de serre, pour une planète plus chaude.
- Pollutions dangereuses pour la santé et l’environnement. (industries, chauffage des habitations, circulation automobile).
- La déforestation sous les tropiques
- La surexploitation des ressources naturelles
- L’agriculture intensive.
Quels sont les principaux agents chimiques de la digestion ? Comment agissent-ils ?
L’action des enzymes est essentielle. Elles sont actives sous certaines conditions de température (corporelle) et d’acidité,
donc fonctionnelles en des lieux déterminés.
Les divers sucs digestifs sont : la salive, le suc gastrique, le suc pancréatique, le suc intestinal.
Qu’est ce qu’un nutriment ?
Les enzymes digestives permettent la fragmentation de longues molécules alimentaires en unités assimilables, appelées
nutriments : ce sont les acides aminés, les acides gras et le glycérol, et le glucose. C’est sous c’est formes que les nutriments
sont absorbés et passent dans le milieu intérieur (sang ou lymphe).
Enoncez les différents organes traversés par le bol alimentaire au cour du trajet digestif.
Le trajet des aliments : un tube continu, de la bouche à l’anus.
Bouche (mastication + salive) -> l’œsophage -> estomac (acide chlorhydrique + suc gastrique) -> intestin grêle (sucs
pancréatiques+ sucs intestinal = réduction moléculaire vers nutriments + absorption vers le sang eau, sels minéraux,
glucose, acide aminés) -> gros intestin (formation excréments) -> rectum (stockage des selles) -> anus (défécation).
Quel muscle joue le rôle le plus important dans la ventilation pulmonaire ? Expliquez à l’aide d’un schéma comment
il agit.
Le diaphragme. La contraction du diaphragme assure l'expansion de la cage thoracique et permet de créer une dépression
dans les poumons entraînant une entrée d'air, permettant ainsi l'inspiration. L'expiration est passive, par décontraction du
diaphragme.
Décrivez le trajet de l’air dans l’appareil respiratoire.
Les voies respiratoires :
air par narines -> fosses nasales -> pharynx -> larynx -> trachée -> arbre bronchique -> alvéoles.
Citez les grands types de respiration dans le monde animal.
Oxygène de l’air : pulmonaire (homme, limace) ; trachéenne (mouche) ; cutanée (ver de terre).
Oxygène dissous dans l’eau : branchiale (truite, crabe, huître).
Quels sont les apports bénéfiques de la pratique sportive sur l’appareil cardio-respiratoire ?
Le cœur est plus puissant, avec un pouls réduit et se fatiguant moins, capacité accrue des poumons assurent une meilleure
oxygénation des organes
En choisissant un sens, expliquez le principe d’une perception sensorielle.
Les organes des sens détectent les informations qui nous entourent : ce sont des informations sensorielles. On appelle
stimulus toute information provoquant une excitation d’un organe des sens. Ces stimuli sont transmis au cerveau sous forme
d’influx nerveux. Ce dernier les enregistre, analyse, traite, mémorise et compare les informations reçues; il les interprète en
fonction des informations qu’il a déjà en mémoire.
Chaque sens correspond à des récepteurs sensoriels différents : les cellules visuelles de la rétine pour la vision, celles du
limaçon dans l’oreille interne pour l’audition, les papilles de la muqueuse nasale pour l’odorat, plus celles de la langue pour
le goût, les cellules des canaux semi-circulaires de l’oreille interne pour l’équilibre, les terminaisons nerveuses ou les
récepteurs sensoriels pour le toucher.
L’œil, l’oreille et la peau sont sensibles aux propriétés physiques (formes, couleur, son, température…), les papilles du goût
et de l’odorat aux molécules chimiques.
Le goût :
Le goût dépend des récepteurs situés sur la langue, et aussi des récepteurs aux odeurs situés dans les fosses nasales. Mais
l’aspect d’un aliment, donc la vision, intervient également dans la perception de l’appétence.
Les substances que l’on mange sont dissoutes par la salive. Ainsi, les molécules peuvent être captées par les papilles
gustatives. Les papilles gustatives de la langue perçoivent surtout les sensations de salé, sucré, acide et amer. Toute la
richesse de la sensation habituelle de goût est donné par les papilles de l’odorat, situées dans les cavités nasales, l’odeur des
aliments remontant par l’arrière gorge. C’est pour cette raison que l’on perd le goût lorsque l’on a un gros rhume.
L’odorat :
Les papilles sensibles de l’odorat sont situées dans les fosses nasales. Les fosses nasales sont tapissées d’une muqueuse qui
sécrète un liquide épais, ou mucus. La zone olfactive est localisée sur la partie supérieure de chaque fosse nasale. Les
molécules odorantes qui y passent, entraînées par l’air, se dissolvent dans le mucus nasal et stimulent les cellules olfactives.
Les récepteurs olfactifs transmettent alors les informations au cerveau via le nerf olfactif.
Le toucher :
Les perceptions du toucher sont fournies par des récepteurs sensoriels situés sous la peau, dans le derme. Ces récepteurs
sont de différentes natures : des terminaisons nerveuses qui donnent les sensations de douleur, des capteurs sensibles au
chaud et d’autres au froid, des récepteurs sensibles aux pression fortes et d’autres aux pressions fines. C’est cette diversité
de récepteurs qui donne la richesse de la perception tactile. Les différents récepteurs ne sont pas uniformément répartis
selon les parties du corps.
L’audition :
Le son est une vibration transmise par l’air. Les ondes sonores agissent sur les différentes parties de l’oreille qui entrent
successivement en vibration.
La partie visible de l’oreille est le pavillon qui concentre les sons à la manière d’un entonnoir. Les sons sont ensuite transmis
par le conduit auditif. Cet ensemble forme l’oreille externe. Le conduit auditif possède des poils et sécrète une matière
grasse, le cérumen, qui arrête les poussières. La vibration est transmise au tympan, qui la transmet à une chaine de trois
osselets : le marteau, l’enclume et l’étrier. Cet ensemble constitue l’oreille moyenne ; celle-ci est située dans une cavité des
os du crâne et communique avec le pharynx par la trompe d’Eustache.
L’étrier appuie sur une membrane ovale, qui ferme l’oreille interne et transmet la vibration au liquide qui remplit le limaçon.
C’est à ce niveau qu’un tapis de cellules ciliées, les cellules auditives, enregistre le signal et le communique au cerveau, qui
alors l’interprète.
L’oreille interne comprend aussi trois canaux semi-circulaires, dont le rôle est de donner le sens de l’équilibre.
La vision :
La lumière entre dans l’œil en traversant successivement plusieurs milieux transparents : la cornée, qui est la membrane qui
protège l’œil, puis un liquide fluide comme de l’eau, l’humeur aqueuse.
La lumière passe au niveau de la pupille qui se rétrécit quand il y a beaucoup de lumière ou se dilate lorsqu’il y en a peu. Ce
phénomène d’adaptation à la lumière, qu’on appelle diaphragmation, évite que trop de lumière pénètre dans l’œil et
augmente la profondeur de champ lorsque la luminosité est plus grande.
La lumière traverse ensuite le cristallin, une lentille entourée de muscles. Ceux-ci lui permettent de modifier sa courbure en
fonction de la distance de l’objet observé afin d’avoir toujours une image nette.
Ensuite, la lumière traverse un liquide de consistance gélatineuse, l’humeur vitrée avant d’atteindre la rétine au fond de
l’œil.
La rétine est formée de cellules visuelles, les cônes pour la vision des couleurs et les bâtonnets pour la vision crépusculaire
en niveaux de gris. Ce sont ces cellules nerveuses qui captent la lumière et transmettent les informations visuelles par le nerf
optique au cerveau qui les interprète.
Le globe oculaire est entouré de deux parois : une membrane protectrice, la sclérotique, blanche et résistante, et une fine
membrane pigmentée de noir, la choroïde. A l’avant de l’œil, cette dernière forme l’iris coloré qui entoure un orifice : la
pupille.
Pourquoi le cheval est il mieux adapté à la course que l’homme ?
L’adaptation à la course est liée à :
- la réduction de la surface d’appui par une réduction du nombre de doigts porteurs ;
- un allongement des membres permettant d’augmenter la longueur de la foulée ;
- un relèvement du pied qui augmente la souplesse de l’animal, la course étant d’autant plus rapide que le pied repose moins
à plat sur le sol ;
- un corps souple et musclé.
Quelles sont les caractéristiques d’une bonne adaptation au vol ?
La bonne adaptation au vol des oiseaux est due à plusieurs facteurs :
- la structure de l’aile, qui forme une large surface d’appui sur l’air ;
- lors du vol, un corps de forme allongée et aérodynamique qui facilite la pénétration dans l’air ;
- des muscles puissants reliant l’humérus des ailes et les os du thorax ;
- la légèreté du corps due à une structure particulière de squelette, puisque les os sont creux et remplis d’air, en liaison avec
les poumons, ce qui assure aux oiseaux une grande réserve d’air.
Quel est le rôle des muscles dans les mouvements ?
Les muscles provoquent le déplacement des os au niveau des articulations. Les muscles sont des organes actifs dont la
contraction correspond à la force exercée. La contraction des muscles est commandée par des influx nerveux.
Les muscles sont attachés par leurs extrémités, les tendons, sur les os qui se trouvent situés de part et d’autre d’une
articulation. Ils se contractent en se raccourcissant, ce qui fait pivoter les os au niveau de l’articulation. Quand ils se
relâchent, ils deviennent mous et s’allongent passivement.
Quelles sont les étapes de transformation de la fleur au fruit ?
Les fleurs sont les organes reproducteurs des végétaux. Si l’on observe leurs transformations, un certain nombre de fleurs,
celles qui sont fécondées, se transforment progressivement en fruits contenant des graines. Une fois semées, ces graines
donneront une nouvelle plante de la même espèce.
Dès que la fécondation a eu lieu, la fructification, c'est-à-dire la transformation progressive de la fleur en fruit, commence.
Les carpelles contenant les ovules se développent énormément pour former le fruit. Cette transformation s’effectue par
l’accumulation de substances organiques fabriquées par la plante, substances qui peuvent se transformer en sucres lors de la
phase de mûrissement du fruit.
A l’intérieur du pistil, le (ou les) ovule(s) fécondé(s) se transforment en graines. Cette graine entre en vie ralentie. Elle
pourra donner une nouvelle plante si elle trouve des conditions favorables.
Définissez et donnez des exemples de reproduction asexuée.
Certain végétaux peuvent se multiplier sans graines. Ils se développent à partir d’un fragment de végétal (boutures,
marcottes, bulbes, tubercules) : c’est un clonage naturel. Il correspond à une reproduction asexuée, la plante obtenue est la
copie conforme de son unique parent.
Expliquez la différence entre ovipare et vivipare.
Chez les ovipares, le développement de l’embryon se fait dans un œuf. (tortue, poule, oiseaux…)
Chez les vivipares, le développement de l’embryon a lieu dans le corps de la mère.