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Contrôle n°7
Exercice n°1 : un français triple champion du monde !
45 min
Seconde 13
31 / 03 / 2011
(9 points et 1 point de bonus)
Grégory Baugé est devenu champion du monde de vitesse sur piste pour la troisième fois consécutive le 25 mars dernier à
Apeldoorn aux Pays-Bas : une sacré performance ! Il a battu en finale l’anglais Jason Kenny en deux manches. Lors de la
deuxième manche il a parcouru les 200,00 derniers mètres en 10,220 secondes.
1. (Question bonus) Quel sport pratique Grégory Baugé ?
2. Dans la situation décrite ci-dessus, quel est le système étudié et quel est le référentiel d’étude ?
3. Quelles sont les précisons des mesures données dans le texte ?
4. Calculer la valeur V de la vitesse du coureur sur ces 200,00 derniers mètres en m.s-1 et en km.h-1.
5. Lors de cette deuxième manche la distance séparant les deux coureurs était de 6 cm sur la ligne d’arrivée.
5.1. En supposant qu’ils allaient à ce moment à la même vitesse – celle calculée dans la question précédente – calculer la
durée ’ qui les séparait sur la ligne d’arrivée.
5.2. Peuvent-ils être départagés par cette précision de chronométrage ?
5.3. Dans le cas contraire, quelle technique faudrait-il utiliser ?
Exercice n°2 : tennis et volley-ball.
(10 points)
Une balle de tennis de masse m d’environ 55 g et un ballon de volley-ball de masse m’ d’environ 265 g sont posés sur le sol.
On néglige les actions dues à l’air dans tout l’exercice.
1. Étude du poids de la balle et du ballon.
1.1. Déterminer la valeur du poids P de la balle et P’ du ballon.
1.2. Représenter ces forces sur le schéma n°1 ci-dessous en utilisant la même échelle de représentation, que l’on
précisera.
2. En utilisant le principe d’inertie, modéliser par une force l’action du sol sur la balle et celle sur le ballon, sur le schéma
précédent. Expliquer clairement votre raisonnement sur votre copie.
3. On tape dans la balle et le ballon en exerçant la même action mécanique. L’effet sur la balle et le ballon sera-t-il le même ?
4. Un joueur de tennis prend la balle et la lance verticalement vers le haut pour effectuer un service. On ne s’intéresse qu’à
la phase de montée, quand le joueur a lâché la balle.
4.1. Représenter sur le schéma n°2 ci-dessous la(es) force(s) s’exerçant sur la balle. Prendre la même échelle que pour la
question 1.2.
4.2. Comment varie la vitesse de la balle au cours de la montée ? En déduire le mouvement de la balle.
4.3. Pourquoi la balle monte-t-elle ?
Données :
 La valeur du poids P d’un objet de masse m est donné par la relation :
 Intensité de la pesanteur à la surface de la Terre :
,
.
.
.
Schéma n°2
Schéma n°1
Exercice n°3 : la quantité de matière dans la pratique sportive. (4 points)
Un sportif boit 1,5 L d’eau lors de son entrainement.
1. Quelle masse d’eau a-t-il bu ?
2. Quelle quantité de matière d’eau a-t-il bu ?
3. Combien de molécules d’eau a-t-il bu ?
Données :
 La valeur mase volumique


Masse molaire atomique :
Constante d’Avogadro :
de l’eau est de 1,0 g.mL-1. Elle est donnée par la relation :
,
.
et :
,
.
Page n°1
.
.
.
Correction
Exercice n°1 : [9+1]
1. Grégory Baugé pratique le cyclisme sur piste. [1]
2. Le système étudié est le cycliste et son équipement et le référentiel d’étude le référentiel terrestre, puisque que l’on décrit
son mouvement par rapport au sol. [2]
3. La distance est mesurée au centimètre près (0,01 m 1 cm) donc la précision est le 1/100e de mètre et la durée à la
milliseconde près (0,001 s 1 ms), donc la précision au 1/1000e de seconde. [2]
4. La valeur de la vitesse est donnée par la relation (1) :
; où d est la distance en m parcourue pendant la durée en s.
Or ici :
On a aussi :
,
et :
,
,
,
,
,
,
; d’où :
,
,
,
,
.
.
.
.
La valeur de la vitesse du coureur sur ces 200,00 derniers mètres est de 19,569 m.s-1 soit 70,450 km.h-1. [2]
5. Lors de cette deuxième manche la distance séparant les deux coureurs était de 6 cm sur la ligne d’arrivée.
5.1. D’après la relation (1) :
; soit :
,
0,0 s
ms. La durée qui les séparait sur la ligne d’arrivée était
de 3 ms. [1]
5.2. Oui, ils peuvent être départagés car la précision du chronométrage est au 1/1000e de seconde soit la milliseconde,
or ici 3 millisecondes les séparait. [1]
5.3. Dans le cas contraire, il faudrait utiliser une photofinish. [1]
Exercice n°2 : [10]
1. Étude du poids de la balle et du ballon.
1.1. D’après les données la valeur du poids de la balle est donnée par la relation :
; soit :
,
,
.
Pour le ballon :
; soit :
,
,
.
La valeur du poids de la balle est de 0,54 N et celle du ballon de 2,6 N. [1,5]
1.2. Pour l’échelle de représentation on choisit : 1 cm représente 0,5 N. [2]
Schéma n°1
Schéma n°2
2. D’après le principe d’inertie comme la balle est au repos les forces qui s’exercent sur elle se compensent. Or les seuls
forces qui s’exercent sur la balle sont son poids P et la réaction du sol R. On a donc :
; soit :
; les deux
forces sont donc opposées ; elles ont donc les mêmes directions et valeurs, mais des sens opposés. [2]
3. L’effet sur la balle et le ballon ne sera pas le même, car la masse du ballon étant plus grande, son inertie sera plus grande
que celle de la balle ; donc il s’opposera plus à la modification de son mouvement et partira donc moins loin que la balle.
[1,5]
4. Le service au tennis.
4.1. Voir le schéma n°2 ci-dessus. [0,5]
Page n°2
4.2. La vitesse de la balle diminue au cours de la montée. Son mouvement sera donc un mouvement rectiligne ralenti.
[1,5]
4.3. La balle monte parce que le joueur lui a communiqué une certaine vitesse initiale au cours du lancer. [1]
Exercice n°3 : [4]
1. Notre sportif a bu 1,5 kg d’eau. [1]
En effet d’après la définition de la masse volumique, on a :
peut aussi construire le tableau suivant :
,
Volume
,
,
,
,
. On
Masse
,
,
,
2. Notre sportif a bu environ 83 mol d’eau. [1,5]
En effet une mole d’eau a une masse de 18,0 g car la masse molaire de l’eau est de 18,0 g.mol -1 :
,
,
,
.
; donc dans 1,5 kg d’eau soit 1,5 103 g il y a 8 mol d’eau :
Masse
Quantité de matière
18,0 g
,
1 mol
,
,
,
3. Notre sportif a bu
molécules d’eau. [1,5]
En effet une mole d’eau contient environ
10 molécules d’eau d’après la définition de la constante d’Avogadro ; donc
83 mol en contiennent 83 fois plus :
molécules d’eau.
Quantité de matière
Nombre de molécules
1 mol
é
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