BAREME_ETV_Baccalauréat_technologique_Blanc

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BAREME Baccalauréat technologique Blanc
Sciences et techniques de laboratoire
Epreuve de sciences physiques
Mardi 12/02/2013
Durée : 3 heures Coefficient 4
Calculatrice autorisée
Le sujet comporte 14 pages numérotées de 1 à 15.
Le système étudié est un camping-car. Les différentes parties étudiées sont indépendantes et
peuvent être traitées dans l’ordre qui vous convient le mieux.
Veillez à bien reporter les différentes parties avec le numéro des questions sur vos copies.
Bonne route !...
Les Annexes (page 10,12,13,14) sont à rendre avec votre copie !

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Partie 1 : Etude Mécanique 13 points
A. Etude statique. 4 points
Le véhicule est à l’arrêt, tous freins serrés, sur une route de montagne ne disposant pas de refuge de stationnement
horizontal ; la voie est inclinée de
10
par rapport à l’horizontale, comme le montre fig. 1 ci-dessous. La masse
de ce camping-car vaut
kgtavectonnesm 3 101,3 
, et
1
.10  kgNg
.
Cette même figure 1 sera reproduite en annexe partie 1, et sera à rendre avec la copie, une fois le schéma
complété : le poids
)(P
du véhicule y est représenté avec une échelle de 1 cm pour 5103 N.
.1A
Déterminer la valeur
P
de ce poids.
.2A
Nommer l’autre force
)(R
contribuant à l’équilibre du véhicule, et donner ses caractéristiques, en justifiant
brièvement.
.3A
Représentez ce deuxième vecteur force sur la fig. 1 de l’annexe partie 1, en prenant son origine en G, centre de
gravité du véhicule.
.4A
Projetez les deux vecteurs
P
et
R
suivant
pentegrandeplusdelignela
, en faisant apparaître les
vecteurs
T
P
et
f
, que vous nommerez précisément.
Déterminer graphiquement la valeur de la force de frottement.
.5A
Vérifiez cette valeur par le calcul, en montrant que
sin gmf
.
B. Etude dynamique. 9 points
B-1. Mouvement du véhicule sur voie horizontale. 4 points
.1.1B
Le véhicule roule sur une portion d’autoroute horizontale, et accélère de 90 à 120 km.h-1 en
st 8
.
Calculer l’accélération a du camping-car, en m.s-2. On donne :
11 .6,3.1  hkmsm
.
.2.1B
Le véhicule maintient sa vitesse à la valeur de 60 km/h, le frottement
f
du à l’air a une valeur
Nf 3 100,3 
. Rappeler la direction et le sens de cette force, et le signe de son travail, en
justifiant.
10
Horizontale
G
Fig. 1

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.3.1B
Cette force a pour expression
2
2
1
)( vSkNf 
, dans laquelle
k
est une constante dépendant
de la forme du véhicule,
).( 3 mkg
est la masse volumique de l’air et
).( 1 smv
, la vitesse du véhicule,
et
S
, une aire en
2
m
.
a. Comment évolue cette force en fonction de la vitesse du véhicule ?
b. Que représente l’aire S ?
c. Calculer la valeur de
f
à la vitesse de 120 km.h-1.
B-2. Etude d’une collision. La ceinture de sécurité et l’airbag. 5 points
La force exercée par ce système de sécurité, lors du choc sur le thorax provoqué par un arrêt brutal, est critique au-dessus
de 800 daN (1 daN = 10 N), pour une personne jeune, et de 400 daN pour une personne âgée. Le système de retenue
programmée (SRP) mis au point par Renault, permet de réduire la force subie par la cage thoracique, de la façon suivante :
 Lorsque l’airbag se déclenche, la ceinture est
tendue afin de plaquer le passager sur son siège,
et la pression de la ceinture augmente
progressivement avec l’avancée du corps.
 Lorsque le thorax entre en contact avec l’airbag,
un évent, qui libère une partie des gaz contenus
dans le sac, et un limiteur d’effort de ceinture
permettent de répartir la pression sur toute la
surface du thorax.
 Le graphe de la fig. 2 ci-contre permet de
comparer trois systèmes de sécurité :
.1.2B
En comparant les trois graphiques précédents de la fig.2, indiquer l’intérêt du SRP.
.2.2B
Le camping-car percute un obstacle fixe, en l’occurrence un mur, comme le montrent les photos
des crash-tests de l’ annexe partie 1.
.1.2.2B
Calculer l’énergie cinétique d’un passager de masse 70 kg, dans un camping-car roulant à 50 km.h-1.
.2.2.2B
Quelle est la variation de cette énergie cinétique lors de l’accident (la vitesse passe de 50 km/h à 0 km/h)?
.3.2.2B
Le passager, ou le conducteur, matérialisé par un mannequin lors du test, subit une force moyenne
f
,
de la part de l’airbag, (à ne pas confondre avec celle de la question
.1B
), que l’on supposera
constante jusqu’à l’arrêt complet. Après avoir donné la valeur de son travail (on considère que c’est la seule
force qui travaille), calculez sa valeur
f
, en N, si l’arrêt s’effectue sur une distance de 1 m. Cette force est
matérialisée sur les photos de l’annexe partie 1.
.4.2.2B
Quelle serait cette force, pour une même distance d’arrêt, si le camping-car percutait l’obstacle à 100 km.h-1 ?
Fig.
2
Fig.2

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Partie 2 : Etude statique des fluides du dispositif de freinage 5points
A. Transmission de la force de poussée par le fluide. 3 points
On suppose, dans un premier temps, que la dénivellation h peut être négligée. On applique, en freinant, une
force de valeur
NF 3000
1
, sur le piston P1.
.1A
Calculer la pression
1
p
exercée alors par P1 sur le liquide de frein, sachant que ce piston a une surface
242
11022 mcmS
. Exprimer cette pression en Pa et en bar. (1,5= 4*0,25+0,5 p1=F1/S1=
3000/2.10-4=15.106 Pa + 15.106 /105= 150 bars)
.2A
Donner la valeur de la pression qu’il exerce sur les plaquettes, par l’intermédiaire du piston P2, et que celle-ci
exerce sur le disque de la roue. (0,5 = 0,25 p2=p1=15.106 Pa + 0,25 car fluide incompressible et h
négligeable)
.3A
La surface totale (Splaquette 1 + Splaquette 2) des plaquettes de frein appuyant sur le disque vaut
2
216 cmS
.
Calculer alors la valeur
2
F
de la force globale qu’exerce les deux plaquettes sur ce disque. (1= 4*0,25
F2=p2*S2= 15.106 *16.10-4= 24000 N )
B. Influence de la dénivellation. 1,5 points
On veut vérifier l’approximation de la partie A
.1B
Calculer la différence de pression due à une dénivellation
cmh18
entre les pistons P1 et P2. (1 = 4*0.25
∆p=p2-p1=ρ.g.h=790.9,8.0,18=1,39.103Pa)
.2B
Cela a-t-il une influence sur les résultats des calculs de la partie précédente ? Justifier. (0,5=0,25 non +0,25
car ∆p << p1 )
C. Gonflage des pneus. 0,5 point
Cet appareil affiche 0 bar avant d’être connecté à la valve du pneu.
Puis, la personne gonfle le pneu jusqu’à 2,5 bars.
Quel type de pression mesure cet appareil ?(différentielle, relative,
absolue). Justifiez. (0,5=0.25 pression relative+0,25 car à la
pression atm prel = p-patm =0bar)
Fuide incompressible
h

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Partie 3 : Etude d’un capteur de température 7 points
Questions :
On s’intéresse au capteur de température du liquide de refroidissement du moteur.
1) Voici les principaux témoins d'alerte qui peuvent s’allumer sur le tableau de bord :
Quel est le témoin d’alerte correspondant à l’indicateur étudié du camping-car ? (0,5 n°2 température
liquide de refroidissement )
Voici quelques mesures réalisées avec le capteur étudié:
(°C)
35
48
70
80
100
120
150
R (Ω)
15
50
110
135
191
250
325
2) Quelle est la grandeur d’entrée du capteur ? Quelle est la grandeur de sortie ? (1=0,5 température en entrée
+0,5 résistance ou tension en sortie)
3) Préciser et justifier s’il s’agit d’une thermistance CTN ou CTP. (1=0,5 thermistance CTP+0,5 car R
augmente quand la température augmente )
4) D’après les mesures ci-dessus, représenter la courbe R=f( ) sur l’annexe partie 3, dans un repère avec
variant de 0°C à 150°C. (1,5= 1 pour les points +0,5 tracé droite moyenne)
5) Pour des valeurs comprises entre 35°C et 140°C, la résistance R de la thermistance varie en fonction de la
température selon la relation : R= 2,72. – 80,3.
Calculer la valeur de R pour = 90°C. (1=AN : 0,5 + 0,25 résultat +0,25 unité R=2,72*90-80,3=165Ω)
6) Vérifier graphiquement cette valeur, en laissant apparents les traits de construction. (0,5 voir graphique)
7) Pour quelle valeur de résistance, le voyant d’alerte s’allume-t-il ? (0,5 pour R=220Ω)
8) Quelle est, en Ω.°C-1, la sensibilité de cette thermistance? (1= AN : 0,5 + 0,5 résultat -0,25 si oubli unité)
1
2
3