Matière : Sciences physiques

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Ministère de l’Education
DEVOIR
Classe: 3 ème Math
MATIERE : SCIENCES PHYSIQUES
Professeur : A. Najjar
Direction Régionale de l’Enseignement de Nabeul
DE SYNHESE N° 1
Lycée Hammam Ghézaz
Date 10-11-2009
Durée 2 h
Indications et consignes générales
* Le sujet comporte deux exercices de chimie et deux exercices de physique
* L’usage de la calculatrice n’est pas autorisé
* On donnera les résultats d’abord sous forme littérale puis on procédera aux calculs numériques.
Exercice n° 1 : ( 4 pts )
La diméthylamine (CH3)2NH est une base de Bronsted. On dissout dans l’eau une masse m
de diméthylamine on obtient une solution S1 de concentration molaire C1 = 0.4 mol.L-1 et de volume V1 =
250 mL.
1.
a. Définir une base de Bronsted.
b. Donner l’acide conjugué de la diméthylamine.
c. Ecrire l’équation de la réaction de dissociation de la diméthylamine dans l’eau sachant qu’elle est
limitée. Déduire les deux couples acide base qui interviennent.
d. Déterminer la masse m de diméthylamine dissoute pour préparer la solution S1.
2. A la solution S1 on ajoute un excès d’une solution S2 de chlorure d’hydrogène (H3O++Cl-), il se
produit la réaction chimique d’équation :
H3O+ + (CH3)2NH (CH3)2NH2+ + H2O .
a. Montrer que cette réaction est de type acide base. Donner les deux couples acide
base mis en jeu.
b. Déduire que l’eau est un ampholyte .
c. Sachant que la réaction est totale, déterminer la quantité de matière d’ion CH3)2NH2+ formée.
On donne : MO = 16 g. mol-1. MC = 12 g. mol-1, MH = 1 g. mol-1, MN = 14 g. mol-1.
Exercice n° 2 :( 3pts )
1. Définir les mono alcools aliphatiques saturés
2. Ecrire les formules semi-développées, donner les noms et les classes des mono alcools
aliphatiques saturés ayant la formule brute C5H11OH.
3. Classer ces alcools selon le type d’isomérie.
Exercice 1 ( 10 points)
I- On considère deux conducteurs parallèles de résistance négligeable formant les "rails de
Laplace" sur lesquels peut se déplacer sans frottement une barre conductrice MN de longueur totale
L= 0,12 m; de masse m et de résistance r =2  selon le schéma vue de dessus de la
figure -1a- de la feuille annexe à rendre avec la copie.
Le générateur G dont les pôles sont indiqués sur le schéma a une f.é.m E = 6 V et une résistance
interne nulle. La résistance du résistor est R = 4  .
La barre MN est placée dans l’entrefer d’un aimant en U de largeur d = 4 cm où règne un champ
magnétique uniforme. On donne
B
= 0,1 T.
1.a- Faire le bilan des forces qui s’exercent sur la tige MN et les représenter sur la figure –1b- de la
feuille annexe.
b- Proposer une solution pour obtenir l’équilibre de la barre sans modifier les conditions
expérimentales.
2. Pour réaliser l’équilibre da la barre MN, on soulève progressivement les rails d’un angle α par rapport
à l’horizontale. On constate que l’équilibre de la barre est obtenu pour α0= 45°.
a. Représenter sur la figure –1c- de la feuille annexe les forces qui s’exercent sur la barre MN ainsi
que le vecteur champ magnétique
B
.
b. Calculer la masse m de la barre MN.
3.On reprend le montage de la figure -1a-et on accroche à la barre à un ressort de raideur
CHIMIE: (7 pts)
PHYSIQUE : (13 pts)

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K= 10N.m-1 comme le montre la figure-1d- de la feuille annexe.
a. Montrer que le sens de
B
ou celui du courant est nécessairement inversé pour qu’à l’équilibre de
la barre le ressort soit allongé de ∆l.
b. Représenter sur la figure-1d- les forces qui s’exercent sur la barre MN, le sens de I et celui de
B
.
c. On garde les caractéristiques de
B
et on prend I = 10A. Calculer l’allongement du ressort.
II- Le schéma simplifié du rotor d’un moteur à courant continu est donné à la figure -2- de la feuille
annexe. On suppose que ce moteur ne comporte qu’une spire rectangulaire de longueur L et de largeur l
formée par les conducteurs 1,2 et 3.
1. a. Représenter les forces électromagnétiques qui s’exercent aux points A, C et D milieux de
chaque partie de la spire.
b. Quelle est l’effet de ces forces sur la spire ?
c. Calculer l’intensité des forces électromagnétiques
A
F
,
C
F
et
D
F
exercées respectivement en A,
C et D et les représenter à l’échelle.
On donne :
B
=0,90 T, I=2A et L=25cm.
d. Calculer le moment de l'ensemble des forces par rapport à l’axe de rotation ∆ du moteur.
2. On fixe, perpendiculairement à l'axe du rotor, une tige horizontale de masse négligeable de longueur
l = 0,5m. Calculer alors la masse maximale fixée au bout de tige que pourra soulever le moteur.
Exercice 2 ( 3 points)
C'est en 1687 que le physicien anglais Isaac Newton
(1642-1727) fit la relation entre les astres qui s'attirent et nos
objets familiers qui tombent par terre; telle la fameuse pomme
qui, en tombant d'une branche sur la tête de Newton, lui
donna cette révélation...Ainsi naissent de merveilleuses
légendes en Sciences...
Voici quelques extraits de l’ouvrage de Newton :
« La lune gravite vers la Terre, et par la force de gravité elle
est continuellement retirée du mouvement rectiligne et retenue dans son orbite. »[…]
« La force qui retient la Lune dans son orbite tend vers la Terre et est en raison réciproque du carré de
la distance des lieux de la Lune au centre de la Terre. »[…]
La gravité appartient à tous les corps, et elle est proportionnelle à la quantité de matière que chaque
corps contient. »
Questions :
1. a- Quel est le principe sous-entendu par Newton lorsqu’il écrit « … et par la force de gravité
elle est continuellement retirée du mouvement rectiligne » ? Expliquer la signification de cette
partie de phrase.
b-Quel est l’objet acteur de cette force de gravité ? Quel est l’objet receveur ?
c- S’agit-il d’une force d’attraction ou de répulsion ? Quel est le mot dans le texte qui permet
de répondre à cette question ?
2. Que signifie « … tend vers la Terre » ?
3. On note d la distance entre le centre de la Terre et le centre de la Lune. La valeur de la
force de gravité est proportionnelle à d, à d 2 ou à
2
1
d
? Justifier la réponse.

3
feuille annexe à rendre avec la copie
Nom et Prénom : ………………..…………………………………………………………….… N° …………
+
-
(∆)
A
C
D
1
2
3
(m0)
Figure-2-
Figure-1a-
Figure-1b-
Figure-1c-
α0
M
M
-
+
G
R
N
M
d
+
-
N
+
-
-
+
G
R
M
d
G
Figure-1d-
N
N

4
A la fin du XVIII e siècle, la seule force physique traduite sous forme mathématique en
1687 par la célèbre loi de Newton est celle de l’attraction universelle de gravitation. Cette loi
stipule que la force qui s’exerce entre deux corps graves diminue avec le carré de la distance
séparent ces corps. Cette loi permet d’expliquer les lois du mouvement des corps célestes.
L’idée que les forces électriques puissent être traduites par une loi similaire à celle de la
gravitation fut proposée mais non démontrée, par divers savants tel par exemple L’abbé luche
en 1739………..
Charles Augustin de Coulomb (1737-1806) fait partie d’une nouvelle génération de
scientifiques ; il s’attaque aux problèmes des forces électriques et magnétiques, il montra en
1785 que la force électrique agissant entre deux charges est décrite par la loi de l’inverse du
carrée de la distance .Cette formulation qui porte le nom de « La loi de Coulomb » permet de
calculer toutes les interactions électriques entre des corps chargés au repos : C’est la loi
fondamentale de l’électrostatique.
D’après histoire de l’électricité : Christine Blondel
*Graves : c’est-à-dire possédant une masse
Questions :
1/ a- Quelles sont les deux types d’interactions évoquées dans le texte.
b- Citer un troisième type d’interactions.
c- Donner la
2/ Les interactions électriques et gravitationnelle s’exercent au niveau de l’atome par exemple
entre le proton et l’électron de l’atome d’hydrogène qui sont séparés d’une distance r.
Certain affirment qu'il n'y a pas de gravité dans l'espace. Cela revient à dire que l'on ne serait
plus attiré par la terre lorsque l'on se trouve dans l'espace. L'idée reçue vient du fait que l'on voit
les astronautes "flotter" ce qui mène à penser que nous ne sommes pas attirés.
Beaucoup de gens confondent l'absence de pesanteur (impesanteur) avec le vide. En réalité,
dans l'espace le corps de l'astronaute est en chute libre vers la terre mais il la "manque" à
chaque fois. N'étant soumis qu'à son poids, l'astronaute se retrouve en impesanteur. Cela se
produit lorsque l'on fait une chute libre (dans une capsule spatiale par exemple).
Donc pour conclusion il y a bien de la gravité dans l'espace, quel que soit l'endroit où l'on se
trouve. Les erreurs qui apparaissent à ce sujet sont dues aux multiples erreurs de la langue que
l'on peut faire. La confusion est grande entre gravité, pesanteur, apesanteur ou poids. Toutes
ces notions sont liées mais pas similaires.
Benjamin Franklin avait décrit une expérience où il introduisait à l'intérieur d'une boîte métallique
électrisée une boule de liège suspendue à un fil de soie, et s'étonnait de constater que "le liège n'était pas
attiré par l'intérieur de la boîte comme il l'aurait été à l'extérieur" (1755).
"Ne peut-on déduire de cette expérience", écrit Priestley en 1767, "que l'attraction électrique est soumise
aux mêmes lois que la gravitation, et suit par conséquent les carrés des distances ; car on démontre
aisément que si la terre avait la forme d'une coquille, un corps placé à l'intérieur ne serait pas attiré d'un
côté plus que d'un autre ?"
Questions :
4. Définir :
a. La gravitation universelle.
b. Le champ de pesanteur.

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5. Donner de deux manières l’expression vectorielle de la force de gravitation exercée par
la terre sur un corps ponctuel de masse m se trouvant à l’altitude h. Faire un schéma clair.
6. Exprimer le vecteur champ de pesanteur en fonction de la masse MT de la terre, de son
rayon RT
QUESTIONS
I) La gravitation
1. Définition
2. Caractéristiques des forces
3. La gravité dans l'espace
1. Les lois de Newton
La gravitation est un phénomène d'attraction mutuelle entre les
corps matériels, dépendant de leur masse et du carré de leur
distance. Cette interaction est propre aux masses de ces corps.
Le terme de gravité est parfois utilisé comme synonyme.
La gravité est responsable de plusieurs manifestations naturelles :
les marées, l'orbite des planètes autour du Soleil, la sphéricité de
la plupart des corps célestes en sont quelques exemples. D'une
manière plus générale, la structure à grande échelle de l'univers
est déterminée par la gravitation.
La chute des corps est un mouvement d'un corps soumis à la
seule force de gravitation, comme par exemple la chute des météorites sur la surface de la
Terre. Elle a suggéré à Newton la théorie de la gravitation.