0809-1S-15nov

NOM :
15 novembre 2008
COMPOSITION N° 1
PREMIÈRE S4
Durée : 2h30
Calculatrice autorisée
CHIMIE
Exercice 1 (16 pts)
Le sel de Mohr est un composé stable, peu oxydable, utilisé pour préparer des solutions
étalon. C’est un solide cristallin verdâtre. Sur l’étiquette d’un flacon, on peut lire :
Ammonium - fer(II) - sulfate , à six molécules d’eau : (NH4)2Fe(SO4)2, 6 H2O
M = 392 g.mol-1
Les six molécules d’eau appartenant à ce cristal le font qualifier d’hexahydraté.
1 . Rappeler les formules des ions ammonium, sulfate et ferreux. (1,5 pts)
2 . Ecrire l’équation de dissolution du sel de Mohr dans l’eau. (1,5 pts)
3 . On désire préparer 100,0 mL d’une solution de concentration molaire en sel de Mohr
apporté C = 0,020 mol .L-1. Décrire avec précision le protocole expérimental à suivre
pour préparer cette solution. (3,5 pts)
4 . Calculer les concentrations molaires des ions présents dans cette solution ? (1,5 pts)
5 . On prélève 50,0 mL de la solution préparée au 3) que l’on place dans un bécher. On
verse alors 20,0 mL de soude (hydroxyde de sodium) de concentration molaire en soluté
apporté C’ = 1,0 mol.L-1. On voit apparaître un précipité d’hydroxyde de fer II de formule
Fe(OH)2. De quelle couleur est ce précipité ? (1 pt)
6 . Calculer la masse de précipité produit lors de la réaction. (4 pts)
7 . Calculer les concentrations en ions sulfate et hydroxyde dans le bécher, à la fin de la
réaction. (3 pts)
Données : masses molaires atomiques (en g.mol-1) :
M(Fe) = 55,8
M(O) = 16,0
M(H) = 1,0
PHYSIQUE
Exercice 2 (13 pts)
1 . On suspend une boule à l’extrémité d’un ressort dont les caractéristiques sont les
suivantes :
Longueur à vide : Lo = 10,0 cm
Raideur : k = 80,0 N.m-1
A l’équilibre, on mesure la longueur du ressort ; on obtient : L = 12,5 cm
Calculer la valeur du poids de la boule. (2,5 pts)
2 . La boule suspendue au ressort est immergée dans de l’eau.
A l’équilibre, la longueur du ressort devient : L’ = 11,7 cm.
Calculer la valeur de la poussée d’Archimède exercée par l’eau sur le système boule. En
déduire le volume de la boule ainsi que sa masse volumique. (4 pts)
3 . A l’instant to, la boule immergée se détache du ressort et chute (sans vitesse initiale)
dans l’eau.
Avec une caméra, on filme le mouvement de la boule. L’exploitation image par image du
film permet de repérer la position de la boule au cours du temps. Avec un logiciel adapté,
on calcule ensuite la vitesse de la boule puis on trace le graphique représentant
l’évolution de cette vitesse au cours du temps (voir document 1).
Décrire le mouvement de la boule lors de sa chute dans l’eau (on décomposera ce
mouvement en deux phases distinctes). (2 pts)
4 . Appliquer le principe d’inertie à la deuxième phase du mouvement de la boule. En
déduire la valeur de la force de frottement exercée par l’eau sur la boule lors de cette
deuxième phase. (3 pts)
5 . L’intensité de la force de frottement s’écrit : F = 10-1.  . V (en newton)
avec : V la vitesse de la boule (en m.s-1) et  le coefficient de viscosité de l’eau.
Calculer le coefficient de viscosité de l’eau. (on ne cherchera pas à donner l’unité de ).
(0,5 pt)
6 . Le principe d’inertie permettait-il de prévoir la première phase du mouvement de la
boule ? (1 pt)
Données : masse volumique de l’eau : eau = 1,0.103 kg.m-3
Intensité de la pesanteur : g = 9,81 N.kg-1
Exercice 3 (11 pts)
Au cours d’une étape contre la montre en plaine, un cycliste est en mouvement rectiligne
uniforme. Il pédale en continu afin de maintenir une vitesse constante de 50 km.h -1, en
utilisant le grand plateau qui possède N1 = 54 dents et le petit pignon qui possède N2 =
12 dents.
Le diamètre des roues est égal à 70 cm. On notera R 1 le rayon du grand plateau, R2 le
rayon du petit pignon et R le rayon de la roue. Le pignon et la roue arrière (roue motrice)
sont solidaires lors du pédalage.
Soit I le point de la roue qui est en contact avec le sol à l’instant t. On admettra que la
vitesse de I dans le référentiel du vélo est égale à la vitesse d’un point de l’axe de la roue
dans le référentiel terrestre.
chaîne
petit pignon
(12 dents)
grand plateau
(54 dents)
1 . Calculer la vitesse de rotation  d’une roue (en rad.s-1). (2 pts)
2 . En déduire la vitesse de rotation 2 du petit pignon. (0,5 pt)
3 . Exprimer la vitesse V1 d’une dent du grand plateau en fonction de la vitesse de
rotation 1 du grand plateau et R1. (1 pt)
4 . Exprimer la vitesse V2 d’une dent du petit pignon en fonction de la vitesse de rotation
2 et R2. (1 pt)
5 . Sachant que la chaîne est inextensible (tous les points de la chaîne vont à la même
vitesse), établir une relation entre R1, R2, 1 et 2. (1,5 pts)
6 . La chaîne est constituée de maillons identiques, dans lesquels viennent s’insérer les
dents du pignon et du plateau. Toutes les dents ont donc la même largeur d.
Exprimer d en fonction de R1 et N1, puis en fonction de R2 et N2. (1 pt)
En déduire une égalité reliant les 4 paramètres N2, N1, R2 et R1. (1 pt)
7 . Exprimer 1 en fonction de N1, N2 et , 2. Calculer 1 en rad.s-1puis en tr.min-1.
(3 pts)
Donnée : périmètre d’un cercle de rayon r : P = 2 . r
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