DS n°6
CLASSE DE TS
DEVOIR SURVEILLE N°6 Mardi 29 mars 2016
NOM : ………………………………………………………………….
I. Aïe j’ai une crampe
/25
Lors du métabolisme basal de l’homme, l’énergie nécessaire provient de la transformation en milieu
oxygéné du glucose en dioxyde de carbone et eau. Le dioxyde de carbone est transporté par le sang jusqu’aux
poumons où il est alors éliminé par ventilation.
Lors d’un effort physique intense, les besoins énergétiques des muscles augmentent : le métabolisme basal
augmente ainsi que la ventilation.
Dans certains cas, lorsque la ventilation est insuffisante, l’énergie nécessaire au fonctionnement du muscle
devient insuffisante : la crampe apparaît. Il se forme, dans la cellule musculaire, de l’acide lactique qui lorsqu’il
passe dans le sang, provoque une diminution locale de son pH du fait de la création en abondance de dioxyde de
carbone dissous dans le sang Cette diminution du pH sanguin déclenche des ordres hypothalamiques qui vont
amplifier la ventilation.
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Le sang est constitué d’un liquide plasmatique (contenant entre autres les globules et les plaquettes), qui peut être
assimilé à une solution aqueuse ionique dont le pH (d’une valeur voisine de 7,4) est quasiment constant et ne peut
subir que de très faibles fluctuations. Dans le cas contraire, de fortes fluctuations nuiraient gravement à la santé.
Le maintien de la valeur du pH se fait par deux processus :
- Le premier met en œuvre un ensemble d’espèces chimiques régulatrices dont notamment le couple
acide-base CO
2
, H
2
O / HCO
3-
(couple dioxyde de carbone dissous / ion hydrogénocarbonate) grâce à
l’équilibre : CO
2
, H
2
O
(aq)
+ H
2
O
(l)
HCO
3–(aq)
+ H
3
O
+(aq)
(réaction 1).
- Le deuxième processus physico-chimique est la respiration.
A une température de 37°C on donne :
- pH d’un sang artériel « normal » : 7,4
- pKa(CO
2
, H
2
O / HCO
3
–
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Pour éviter cette variation du pH du sang, l’hémoglobine contenue dans ce dernier et la respiration interviennent
pour éliminer l’excès de dioxyde de carbone.
Le transport des gaz dissous dans le sang peut être modélisé par l’équilibre :
HbO
2
+ CO
2
HbCO
2
+ O
2
(réaction 2)
Où Hb représente l’hémoglobine du sang.
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L’acide lactique a pour formule CH
3
–CHOH–COOH. Sa base conjuguée est l’ion lactate
CH
3
–CHOH–COO
–
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A 37°C, le pKa du couple acide lactique/ion lactate est
-
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Lorsque l’acide lactique produit dans la cellule musculaire est en partie transféré dans le sang, il réagit avec les
ions hydrogénocarbonate selon l’équation :
CH
3
–CHOH–COOH
(aq)
+ HCO
3–(aq)
CH
3
–CHOH–COO
–(aq)
+ CO
2
,H
2
O
(aq)
(réaction 3)
Données à 37°C :
Pour le sang avant l’effort : - [HCO
3-
]
i
= 2,7
×
10
-2
mol.L
-1
- [CO
2
, H
2
O]
i
= 1,4
×
10
-3
mol.L
-1
- pKa (CO
2
, H
2
O / HCO
3-
) = pKa
1
= 6,1
- pKa (acide lactique / ion lactate) = pKa
2
= 3,6
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3
33
3
II. STATION SPATIALE ISS
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/7
La station spatiale internationale ISS (International Space Station) est à ce
jour le plus grand des objets artificiels placé en orbite terrestre à une altitude de
400 km.
Elle est occupée en permanence par un équipage international qui se consacre à la
recherche scientifique dans l’environnement spatial. Jusqu’à présent, trois
vaisseaux cargos ATV ont permis de ravitailler la station ISS.
La station spatiale internationale, supposée ponctuelle et notée S, évolue sur une
orbite qu’on admettra circulaire, dont le plan est incliné de 51,6° par rapport au
plan de l’équateur. Son altitude est environ égale à 400 km.
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ccélération pour un mouvement circulaire dans le repère de Freinet
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rayon de la Terre :
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masse de la Terre, supposée ponctuelle : S5;TQD<
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constante de gravitation universelle :
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altitude de la station ISS :
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33
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3
33
3
III. Le tracteur-cheval
GG
/7
A la fin du XVIII
ème
siècle,
les machines à vapeur entrent en
concurrence avec celles utilisant
des chevaux de trait et dans les
campagnes, au cours des années
1950-1960, les machines ont fini
également par remplacer les
chevaux ou les bœufs.
.
..
.
Un tracteur tire une charrue. La force de traction qu’il exerce fait un angle
α
= 25° avec la direction du
sillon. Le champ labouré est situé sur un coteau dont la pente est en moyenne de 6,0 % (dénivellation de 6,0 m
pour un parcourt de 100 m)). Le tracteur trace son sillon dans le sens de la pente (voir ()
()()
()). Le sol s’oppose à
l’avancement de la charrue en produisant une force, supposée constante et parallèle au sol, de valeur
f = 2,1
×
10
3
N. La masse de la charrue est m = 300 kg. La longueur du champ est
l
= 100 m. Lors de la montée,
la force de traction exercée par le tracteur sur la charrue est F = 2,5
×
10
3
N.
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intensité de la pesanteur :
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Dans tout l’exercice le
mouvement du centre d’inertie
du plongeur est étudié dans le
repère d’axes (Ox, Oy)
représenté sur la figure 1. Le
point O est au niveau de la
surface de l’eau et l’altitude du
centre d’inertie G du plongeur
est notée y.
On note y
0
l’ordonnée du centre
d’inertie du plongeur juste avant
le saut et e
f
I
I
I
I
J
sa vitesse initiale.
On donne v
0
= 4,0 m.s
–1
et y
0
= 4,0 m.
g
h
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On prenda pour la valeur du champ de pesanteur
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/
)
et on considèrera que le référentiel terrestre est
galiléen.
On néglige l’action de l’air sur le plongeur au cours de son mouvement et on admet que lors du saut, les
mouvements de rotation du plongeur ne perturbent pas le mouvement de son centre d’inertie G.
)
))
)
On considère le plongeur
dans le champ de pesanteur
terrestre.
Ci-contre est représentée
l’évolution de l’énergie potentielle
de pesanteur du système au cours
du temps lors d’une partie de la
phase de mouvement étudiée.
La référence de l’énergie
potentielle E
pp
est prise au niveau
de la surface de l’eau. On rappelle
que, dans ces conditions, l’énergie
potentielle de pesanteur du système,
à l’altitude y, a pour expression :
5%D+D1(
On note
i
ii
i
la date à laquelle
l’énergie potentielle de pesanteur
est maximale.
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3
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33
3
I
II
III
IV
TOTAL
/25
/7
/7
/11
/50
0,5
0,0
1,0
2,0
3,0
2,5
1,5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
3,5
E
pp
(kJ)
t (ms)
1
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2
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