B. Deuxième phase - Site de Physique

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LAH TS (6 février 2014)
Devoir Commun Physique-Chimie
Exercice 1 : Physique - Sport et mécanique (Durée conseillée : 60 min)
Pratiqué depuis l'Antiquité sous le nom de « jeu de crosses », le hockey sur gazon est un sport
olympique depuis 1908. Il se pratique sur une pelouse naturelle ou synthétique, de dimensions quasi
identiques à celles d'un terrain de football. Chaque joueur propulse la balle avec une crosse ; l'objectif
étant de mettre la balle dans le but.
Dans cet exercice, on étudie le mouvement de la balle de centre d'inertie G et de masse m, dans le
référentiel terrestre supposé galiléen.
Cette étude peut être décomposée en deux phases.
Les parties A et B sont indépendantes.
A. Première phase
Durant cette phase, on néglige toutes les actions liées à l'air ainsi que le poids de la balle.
1. La première phase est illustrée par les figures 1 et 2 représentées sur la photographie ci-dessus et
schématisée par la figure 4.
Au point A, la balle est immobile. Entre les points A et B, elle reste en contact avec la crosse.
La force
F
exercée par la crosse sur la balle, supposée constante, est représentée sur la figure 4.
Le segment AB représentant la trajectoire de la balle est incliné d'un angle = 30° avec
l'horizontale.
Données : masse de la balle : m = 200 g
intensité du champ de pesanteur : g = 9,8 m.s-2.
1.1 Énoncer la deuxième loi de Newton et l'appliquer à la balle lors de son trajet entre A et B.
1.2 Que peut-on dire de la nature du mouvement de la balle entre A et B ?
2. La force
F
s'exerce pendant une durée t = 0,11 s. La balle part du point A sans vitesse initiale et
arrive en B avec une vitesse
B
v
telle que vB =16 m.s-1.
2.1 Donner l'expression du vecteur accélération en fonction du vecteur vitesse.
2.2 Calculer la valeur de l'accélération du centre d'inertie de la balle entre les points A et B.
3. En utilisant les résultats obtenus en 2.2, calculer l'intensité de la force exercée sur la balle
par la crosse. L'hypothèse concernant le poids de la balle est-elle justifiée ?
A
B
F
h
Figure 4
Figure 1
Figure 2
Figure 3

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B. Deuxième phase
Au point B, la balle quitte la crosse à la date t = 0 avec le vecteur vitesse
B
v
contenu dans le plan
(O,x,z) ; c'est la deuxième phase du mouvement correspondant à la figure 3 de la photographie.
On néglige toutes les actions liées à l'air.
On étudie le mouvement du centre d'inertie G de la balle dans le champ de pesanteur supposé
uniforme.
Le système d'axes utilisé est représenté sur le schéma ci-dessous : l'axe Ox est horizontal orienté vers
la droite et Oz est vertical et orienté vers le haut.
L'origine O du repère est située à la verticale du point B telle que OB = h = 0,40 m.
1. Trajectoire de la balle.
1.1 Donner l'expression des coordonnées vBx et vBz du vecteur vitesse
B
v
de la balle
à l'instant t = 0 s, en fonction de vB et de .
1.2 Donner l'expression des coordonnées xB et zB du vecteur
OB
de la balle au point B.
En appliquant la deuxième loi de Newton, on obtient les équations horaires suivantes :
x
Gz
a0
aag
xB
zB
v v .cos
vv v .sin gt
1.3 Calculer la valeur vS de la vitesse de la balle au sommet S de la trajectoire.
1.4 Montrer que les coordonnées du vecteur position
OG
du centre d'inertie de la balle sont
les suivantes :
OG
1.5 En déduire l'équation de la trajectoire de la balle.
2. La ligne de but est située à une distance d = 25 m du point O. La hauteur du but est L = 2,14 m. On
néglige le diamètre de la balle devant la hauteur du but.
2.1 Quelles conditions doivent satisfaire x et z pour que le but soit marqué ?
2.2 S’il n’y a aucun obstacle sur le trajet de la balle, le but est-il marqué ?
B
2
B
x = v .cosα t
1
z = h + v .sinα t - g.t
2
x
z
O
h
But
B
B
v

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Exercice 2 : Chimie - Molécules et dosage (Durée conseillée : 50 min)
Partie1
Document1 : D’après www.sfa-ispa.ch
Quand une personne consomme de l'alcool, celui-ci
commence immédiatement à passer dans le sang.
Plus le passage de l'alcool dans le sang est rapide,
plus le taux d'alcool dans le sang augmentera
rapidement, et plus vite on sera ivre. L'alcool est
éliminé en majeure partie par le foie. Dans le foie,
l'alcool est éliminé en deux étapes grâce à des
enzymes. Dans un premier temps, l'alcool est
transformé en éthanal par l'enzyme alcool
déshydrogénase (ADH). L'éthanal est une substance
très toxique, qui provoque des dégâts dans
l'ensemble de l'organisme. Il attaque les membranes
cellulaires et cause des dommages indirects en
inhibant le système des enzymes. Dans un deuxième
temps, l'éthanal est métabolisé par l'enzyme
acétaldéhyde déshydrogénase (ALDH).
Alcool pur : Ethanol : C2H6O
Ethanal C2H4O
Synthèse du cholestérol
Document 2c : Table de données pour la spectroscopie IR
Liaison
C - C
C - O
C = O
C - H
O - H
Nombre d'onde (cm-1)
1000-1250
1050-1450
1650-1740
2800-3000
3200-3700
1.1 Le document 1 évoque les molécules d'éthanol et d'éthanal : représenter en formules semi-
développée et topologique ces deux molécules et encadrer leurs fonctions caractéristiques.
1.2 Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l'éthanol ? À quelle famille appartient cette
molécule ?
1.3 Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l'éthanal ? À quelle famille appartient cette
molécule ?
1.4 En utilisant les données spectroscopiques du document 2, associer chaque spectre
infrarouge (IR) à la molécule correspondante en justifiant.
Enzyme ADH
Dégradation ultérieure...
Document 2a :
Spectroscopie infrarouge en phase liquide. Spectre IR1.
Document 2b :
Spectroscopie infrarouge en phase liquide. Spectre IR2.

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Partie 2 : Contrôle de qualité d'un vin : dosage par spectrophotométrie de l'éthanol
Document 3 : extrait du code de santé publique (juin 2000)
catégorie Vins doux : vins, apéritifs à base de vin ne titrant pas plus de 18 degrés.
Document 4 : définition du titre alcoométrique d’un liquide qui contient de l’éthanol
Le titre alcoométrique, exprimé en degré, est égal au nombre de litres d'éthanol contenus dans 100 litres
de liquide.
Données : M(éthanol) = 46,0 g.mol -1 (éthanol) = 0,78 g.mL-1
Afin de procéder au contrôle, on réalise le dosage par spectrophotométrie du vin en suivant le protocole
suivant :
Première étape : On recueille l'éthanol du vin par distillation.
Deuxième étape : L'éthanol est oxydé par la NAD+ dans une réaction catalysée par une enzyme
spécifique. La réaction produit de la nicotinamide-adénine-dinucléotide réduite
(NADH) en quantité de matière égale à celle de l'éthanol dosé selon l'équation :
CH3CH2OH + NAD + CH3CHO + NADH + H + (équation A)
Troisième étape : La NADH absorbant dans le domaine UV, on mesure son absorbance par
spectrophotométrie.
L'étalonnage du spectrophotomètre avec différentes solutions d'éthanol permet de vérifier la loi de Beer-
Lambert : A = k.Cm avec k = 1,6 x 10–3 L.mg -1 et Cm la concentration massique en éthanol de
l'échantillon.
Réalisation de la mesure : On distille 10 mL de vin ; le distillat est ensuite ajusté à 100 mL avec de
l'eau distillée pour obtenir une solution appelée S.
On prépare l'échantillon à doser par spectrophotométrie en introduisant
dans une fiole jaugée de 100 mL :
 1 mL de solution S,
 l’enzyme qui sert de catalyseur,
 NAD + en excès,
On complète avec de l'eau distillée.
L'absorbance mesurée pour cet échantillon vaut : Ae = 0,19.
2.1 Vérifier que les lois de conservation d’une transformation chimique sont respectées dans
l’équation A.
2.2 Déterminer à partir de l'absorbance mesurée Ae, la concentration massique Cm en éthanol de
l'échantillon étudié.
2.3 En tenant compte des deux dilutions successives, calculer les concentrations massiques en éthanol
suivantes :
2.3.1 CS dans la solution S.
2.3.2 CV dans le vin.
2.4 Quelle est la valeur du titre alcoométrique exprimé en degrés du vin ?
2.5 Ce vin peut-il être qualifié de vin doux conformément au code de la santé publique ?