orbite objets

FORCES ET MOUVEMENT – PRINCIPE D'INERTIE GRAVITATION UNIVERSELLE
QUANTITÉS DE MATIÈRE
NOM : ····························
PRÉNOM :................. ..... CLASSE : ......
Sujet à joindre avec la copie
Rappel : donner une expression littérale du résultat avant tout calcul numérique
A PHYSIQUE
I- FORCES ET MOUVEMENT
DEVOIR
SURVEILLÉ
SECONDE
DS 06 A
2007
PAGE 1 SUR 5
I-1 SAVOIR FAIRE LE BILAN DES FORCES S’EXERÇANT SUR UN SYSTÈME ET LES REPRÉSENTER
→
R
F R/A
→
F B/A
A
B
→
α
→
F T/A = P
Un solide A de masse m = 100,0g est posé sur un plan
incliné B faisant un angle α = 60° par rapport à la
verticale
A et B étant parfaitement lisses on suppose qu’il
n’existe aucun frottement à leur surface de contact.
A est maintenu immobile à l’aide d’un ressort R dont
l’axe est parallèle au plan incliné
Données :
- intensité de la pesanteur g =10 N.kg–1
- Rappel en l’absence de frottement les actions de
contact sont s perpendiculaires à la surface de contact
- le système d’étude est l’objet A
S
a) Indiquer tous les objets pouvant exercer une action mécanique sur A en précisant dans chaque cas s’il s’agit
d’une action à distance ou de contact sa direction et son sens
B <––––––> A action de contact direction perpendiculaire à la surface de contact (pas de frottement) sens vers
le haut
R <––––––> A action de contact direction identique à celle de l’axe du ressort sens vers la droite
Terre <- - - - -> A action à distance direction verticale sens vers le bas
b) Rappeler la relation qui existe entre la valeur du poids et la masse d’un corps en précisant les unités à utiliser
FT/A = P = m.g
m kg
g N.kg–1
P
N
c) Calculer la valeur du poids de l’objet A
m = 100g = 0,100 kg et g = 9,8 N.kg–1
P = 0,100× 9,8 = 0,98 N
b) Reproduire le schéma en ne représentant que le sol le plan incliné et l’objet A et représenter toutes les forces
qui agissent sur A en veillant la notation et en précisant l’échelle de représentation des vecteurs forces dont on
connaît la valeur
On ne connaît que la valeur du poids de A P = 0,98 N
Le vecteur correspondant est représenté à l’échelle 0,98 N ⇔ 2cm il sera représenté par une flèche de 2cm de
longueur
Les autres vecteurs forces sont représenté sans tenir compte de cette échelle
I-2 CONNAÎTRE LES EFFETS D’UNE FORCE NON COMPENSÉE SUR LE MOUVEMENT D’UN OBJET
± 0,5
Lorsqu’une force s’exerce sur un objet celle-ci
V F
1 Ne modifie jamais la vitesse de cet objet
2 Ne modifie jamais la trajectoire de l’objet
3 Peut modifier la vitesse de l’objet
4 Peut modifier la vitesse et la trajectoire de l’objet
5 Provoque une modification plus importante du mouvement si la masse de l’objet est plus faible
×
×
×
×
×
1.5
1
1
2
I-3 SAVOIR RECONNAÎTRE UNE FORMULATION CORRECTE DU PRINCIPE D’INERTIE ± 0,5
Le référentiel d’étude est le référentiel terrestre Répondre par vrai ou faux aux propositions suivantes V
F
×
1 Si les forces appliquées à un objet se compensent, alors sa vitesse est toujours nulle
(pas forcément , dans le référentiel terrestre il pourrait être en mouvement rectiligne uniforme)
2 Si les forces appliquées à un objet se compensent, alors cet objet est au repos ou son mouvement
est rectiligne uniforme
(c’est l’énoncé du principe d’inertie qui s’applique dans des référentiels terrestres)
3 Un objet est lancé verticalement vers le haut ; sa vitesse s’annule à l’instant où il atteint son altitude
maximale avant de retomber. A cet instant, les forces qui s’exercent sur l’objet se compensent.
( pendant tous le mouvement l’objet est soumis à son poids même quand il est immobile)
4 Les forces extérieures qui s’exercent sur une automobile qui se déplace à vitesse constante sur
une pente rectiligne, se compensent (le mouvement est rectiligne uniforme dans un référentiel
terrestre))
I.4 SAVOIR UTILISER LE PRINCIPE D’INERTIE
± 0,5
Un ancien jeu de foire consistait à lancer un chariot sur une piste possédant une partie horizontale AC, une partie
courbe CD, et enfin une partie rectiligne inclinée vers le haut DE. Le gagnant était le joueur qui parvenait à
atteindre l'extrémité supérieure de la piste.
Le chariot était accéléré par le lanceur du point A au point B, sur une portion de piste horizontale.
On néglige tous les frottements.
L'étude est réalisée dans le référentiel terrestre de la piste.
Le système étudié est le chariot
V
F
Répondre par vrai ou faux aux propositions suivantes
1 Sur tout le trajet le chariot n’est soumis qu’à deux forces
(uniquement après B car l’action du lanceur sur le chariot cesse en
B au-delà il ne reste que le poids du chariot et l’action de contact
du support sur le chariot)
2 Sur la portion AB les forces qui agissent sur le chariot se
compensent
(sur cette portion le chariot est accéléré, sa vitesse augmente le
chariot n’est pas isolé ou pseudo isolé)
3 Sur la portion BC les forces se compensent car le mouvement
du chariot est rectiligne uniforme
(l’action du lanceur à cessé le chariot n’est soumis qu’à sont poids
et à l’action du support horizontal qui se compensent, le chariot
conserve la vitesse qu’il a acquis en B et suit une trajectoire
rectiligne)
4 Sur la portion CD les forces qui agissent sur le chariot ne se
compensent pas car la trajectoire n’est pas rectiligne
(la trajectoire n’étant pas rectiligne le chariot ne peut être isolé ou
pseudo isolé)
5 Sur la portion DE les forces qui agissent se compensent car sa
trajectoire est rectiligne
(puis qu’il s’arrête en E le mouvement du chariot est rectiligne
ralenti entre D et E, donc non uniforme les forces qui agissent sur
lui ne se compensent pas)
6 En E le chariot s’arrête il ne s’exerce alors aucune force sur lui
(il est soumis à son poids et à l’action du support ; si ces forces se
compensait à cet instant le chariot demeurerait immobile selon le
principe d’inertie or ce n’est pas le cas)
×
×
×
×
×
×
×
×
×
II GRAVITATION UNIVERSELLE
Poids et attraction gravitationnelle
Le satellite SPOT 5, d'une masse mS= 3030 kg, a pour mission l'observation de
la Terre. Il a été placé sur son orbite à h = 812 km d'altitude, par le vol 151 de la
fusée Ariane 4, le 3 mai 2002.
On admet que le poids d'un corps est égal à la force d'attraction gravitationnelle
exercée par la Terre sur le corps.
Pour répondre aux questions suivantes on peut utiliser les données suivantes :
- intensité de la pesanteur au niveau du sol de la Terre : gT = 9,8 N.kg-1
- constante universelle de gravitation : G = 6,67.10-11 m3.kg-1.s-2(unité S.I)
- masse de la Terre : MT = 6,0.1024 kg
- rayon de la Terre : RT = 6400 km
a) Quel est le poids de SPOT 5 au niveau du sol avant le lancement ?
P = ms.g
m =3030 kg
P = 3030×9,8 3080*9.8=30184
P =3,0.104 N
On aurait pu le déterminer en appliquant la loi de la gravitation universelle (mais ce serait bien long autant utiliser
la relation connue depuis le collège)
S
’ = FT/S = G . MT.M
d2
2
Avec d = RT
d= 6400 km
-11
24
P= FT/S = 6,67.10 × 6,0.106 2 × 3080
(6,400.10 )
-11
24
P =6,67×6,0×23080 × 10 ×1210
6,400
10
3
1
P= 3,0.10 × 10
P = 3,0.104 N (on retrouve fort heureusement la valeur du poids calculée précédemment
b) Faire un schéma renseigné des données de l’énoncé représentant la Terre et le satellite SPOT 5 sur son
orbite
h
RT
d
Satellite S
P = F T/S
2
Terre T
d = h+ RT
c) Déterminer le poids de SPOT 5 sur son orbite ? et le représenter sur le schéma précédent
La relation p = mg n’est plus applicable dans ce cas car elle n’est valable que pour des altitudes faibles (voir
cours)
Comme on l’assimile à la force d’attraction gravitationnelle qu’exerce la Terre sur le satellite
2
S
P’ = FT/S = G . MT.M
d2
Avec d = h + RT
d= 812 + 6400 =7212 km = 7,212.106m
-11
24
P’= FT/S = 6,67.10 × 6,0.106 2 × 3080
(7,212.10 )
-11
24
P’ =6,67×6,0×23080 × 10 ×1210
7,212
10
3
1
P’= 2,4.10 × 10
P’ = 2,4 .104 N
Remarque :
P = 3,0.104 = 1,25
P' 2,4.104
Dans son orbite autour de la Terre le poids du satellite est 1,25 fois plus faible que son poids au niveau du sol
III CHIMIE
III 1 MASSE MOLAIRE
Déterminer la masse molaire du dioxyde carbone CO2
Données : MC = 12,0 g.mol-–1 ; MH = 1,0 g.mol–1 ; MO = 16,0 g.mol–1
M(CO2) = 1×MC + 2×MO
M(CO2) = 1×12,0 + 2× 16,0 = 44,0 g.mol–1
M(CO2) = 44,0 g.mol–1
III .2 PRODUIT INCONNU
La masse de 0,85 mol d'un composé moléculaire est 37,40g.
1. Quelle est la masse molaire de ce composé?
M désigne la masse molaire du composé inconnu
m 37,40
M= =
n 0,85
M = 44,0 g.mol-1
2. Ce composé peut-il être du dioxyde de carbone?
M(CO2) = 44,0 g.mol-1
La masse molaire de ce composé est identique à celle du dioxyde de carbone ce composé pourrait être du
dioxyde de carbone (mais ce n’est pas une preuve suffisante)
III.3 PRÉLÈVEMENT D’UNE QUANTITÉ DE MATIÈRE D’UN LIQUIDE
L'éthanol pur est un liquide de masse volumique ρ = 790g.L-1 et de formule C2H5OH.
1 Calculer la masse molaire de l’éthanol
M(C2H5OH) = 2× MC + 6×MH + 1× MO
M(C2H5OH)=46,0 g.mol-1
1 Déterminer le volume molaire de l’éthanol (dans les mêmes conditions de température et de pression)
ρ = M (pris dans les mêmes conditions de température et de pression)
Vm
M
Vm =
ρ
46,0
=5,82.10–2 L.mol –1
790
2. En déduire est le volume V occupé par n = 1,20 mol d'éthanol pur?
V
Vm =
n
V = Vm × n
V = 5,82.10-2 × 1,20 =6,98.10-2 L
Le volume qu’occupe 1,20 mol d’éthanol est de : V = 69,8 mL
2
21
1
1
2
Vm=
2
3. Quelle quantité de matière y a-t-il dans v = 6,0cm3 de ce liquide?
n= V
Vm
1
n = 6,0 –2
5,82.10
n =1,0 .10 2mol
III .4 PRÉLÈVEMENT D’UNE QUANTITÉ DE MATIÈRE D’UN GAZ( LE DIOXYDE DE CARBONE ) BONUS
Lors d'une réaction chimique, on a recueilli V = 50 mL de dioxyde de carbone (CO2) sous la pression de 1,00bar.
Le volume molaire du dioxygène dans ces conditions est Vm = 24,4 L.mol-1.
Calculer la quantité de matière de dioxyde de carbone recueillie. Justifier.
Vm = V
n
Tous les gaz pris dans les mêmes conditions de température et de pression ont même volume molaire
n= V
2
Vm
V = 50 mL = 50.10 –3 L
Vm = 22,4 L.mol –1
–3
n = 50.10 =2,2 .10 –3 mol
la quantité de matière contenue dans 50mL de CO2 est n =2,2 .10 –3 mol
22,4