corrigé - Académie de Nancy-Metz

Collège CHARLET - REMIREMONT
Epreuve commune 2005
SCIENCES PHYSIQUES
Classe de 3éme
DUREE : 1 heure
Note / 40
CORRIGE
Calculatrice autorisée
Mécanique : Décollage de la
fusée Ariane V
/ 25
La fusée Ariane 5 ECA a mis en orbite avec succès deux satellites dans la nuit
du samedi 12 février au dimanche 13 février 2005 depuis la base Kourou.
Étudions le mouvement de la fusée lors de son décollage.
Lors du lancement, la fusée est posée verticalement le long d’une rampe.
I - Le référentiel
0,5
1- Quelle sera la nature de la trajectoire de la fusée lors de son décollage si le
référentiel choisi est le centre de la terre ? trajectoire rectiligne (droite)
2- Indiquer si l’astronaute au repos dans la fusée lors du décollage est en mouvement
ou au repos dans le référentiel terre ? il est en mouvement
Justifier : la fusée est mouvement dans le référentiel terre. Or, l’astronaute est
dans la fusée donc en mouvement.
II - Le mouvement
On étudie le mouvement de la fusée par rapport au référentiel Terre.
Le graphique ci-dessous indique la distance parcourue par la fusée sur un axe vertical au
cours du temps. L’instant t=0 s correspond à la fin du compte à rebours.
- 1 -
0,5
0,5
120
d (en m)
100
Graphique n° 1 :
Distance parcourue par la fusée au cours du temps
80
60
40
20
temps (en s)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13
14
1- Par technique, vue en cours, peut-on obtenir les distances au cours du temps lors du
0,5
décollage de la fusée ? vidéo ou chronophotographie
En utilisant le graphique :
2- Indiquer à quel instant la fusée décolle ? à t= 7 s
0,5
3- Mesurer la distance parcourue par la fusée :
Les traits de construction resteront visibles sur le graphique.
• Entre les temps t = 8 s et t = 10 s : d1= 24 m (marge +/- 2 m)
• Entre les temps t = 11 s et t = 13 s : d2 = 60 m (marge +/- 2 m)
traits
1
valeurs
1
4- Comparer d1 et d2 puis les intervalles de temps. En déduire la nature du mouvement.
Justifier.
0,5*2
d1 < d2 alors que les intervalles de temps (2 s) sont identiques.
1
La fusée parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des temps
1
égaux : C’est donc un mouvement accéléré
form+
unités
5- Rappeler la formule permettant de calculer la vitesse. (Indiquer les unités de chaque
grandeur utilisée dans la formule)
1+1,5
v (m/s à la limite km/h) = d (en m ou km) / t (en s ou h)
(si unité seule et juste : 0,5)
6- Calculer la vitesse moyenne de la fusée :
1
• Entre les temps t = 8 s et t = 10 s : v1= 24/2 = 12 m.s-1 (-0,5 /par oubli ou erreur) 1
• Entre les temps t = 11 s et t = 13 s : v2 = 60/2 = 30 m.s-1
7- Comparer les vitesses V1 et V2 et confirmer la réponse à la question 4-. Justifier.
v1<v2 : c’est un mouvement accéléré.
0,5+0,5
8- Parmi les graphiques suivants, indiquer celui qui représente la vitesse de la fusée au
cours du temps pendant le décollage. Justifier.
35
16
35
v
25 (m/s)
v
12 (m/s)
14
A
30
30
B
25
10
20
15
6
10
10
4
5
t (s)
0
t (s)
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
5
t (s)
0
0
0
C
20
8
15
v
(m/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Le mouvement est accéléré donc la vitesse augmente au cours du temps A
0,5+0,5
9- Indiquer la nature du mouvement pour les autres graphiques.
- 2 -
1+1
B : mouvement uniforme
C : mouvement ralenti
III - Force de poussée
La masse d’Ariane 5 au moment du lancement est de 740 tonnes dont près de 90% est
constitué des combustibles consommés par les moteurs. (1 tonne vaut 1000 kg)
1- On considère la fusée au repos sur sa rampe de lancement :
a. Rappeler la formule permettant de calculer le poids.
Indiquer les unités de chaque grandeur utilisée dans la formule.
P (en Newtons) = m (en kg) x g (en N.kg-1)
b. Calculer le poids de la fusée sur sa rampe de lancement.
On donne la valeur de l’intensité de la pesanteur (g = 9,8 N.kg-1).
P = 740 000 x 9,8 = 7 252 000 N = 7 252 kN (1 de bonus si exprimé en 10n ou kN)
c. Compléter le 4 caractéristiques du poids de la fusée :
Point d’application
Centre de gravité
Direction
Verticale
Sens
Vers le bas
Intensité
7 252 kN
2
(4*0,5)
d. Sur le schéma ci-dessous, représenter par un vecteur vert le poids de la fusée.
1
1,4 cm (0,5 pt)
2,3 cm (0,5 pt)
A
Échelle : 1 cm ↔ 5000 kN
2- Au décollage les moteurs d’Ariane 5 éjectent de la matière à très grande vitesse, ce qui
produit une force F de poussée du sol sur la fusée (au point A) d’intensité 11680 kN. 1
a. Représenter sur le schéma ci - dessus par un vecteur rouge la force F.
b. En t’aidant du schéma, expliquer pourquoi la fusée décolle.
L’intensité de la force F est supérieure au poids.
1
Chimie : Étude d’un métal : l’argent
« L’argent est un métal utilisé dans de nombreux domaines :
- en joaillerie, comme métal précieux
- en électronique, comme bon conducteur du courant électrique
- en photographie, car les solutions contenant de l’argent sont photosensibles. »
Extrait de l’encyclopédie électronique http://fr.wikipedia.org
Étudions, plus en détail l’argent dans ces différents domaines
- 3 -
/ 15
I - L’argent, métal précieux
L’argent (symbole : Ag) permet la fabrication de bijoux car il est facile à travailler.
« Son principal défaut est son oxydation spontanée à l’air libre qui forme une couche
sombre à la surface du métal. »
1- Sachant que l’oxyde d’argent contient 2 atomes d’argent pour 1 atome d’oxygène,
écrire sa formule moléculaire : Ag2O
2- Nommer les deux principaux gaz contenus dans l’air : dioxygène, diazote
3- Donner la formule chimique du gaz réagissant avec l’argent pour former la « couche
sombre à la surface du métal ». : O2
4- Écrire l’équation-bilan équilibrée de la réaction chimique conduisant à la formation de
cet oxyde.
4 Ag +
O2
2 Ag2O
5- En quoi l’oxydation de l’argent est-elle différente de celle du fer ? L’argent s’oxyde
seulement en surface alors que le fer s’oxyde en profondeur.
II - L’argent, métal conducteur
1- L’atome d’argent a pour numéro atomique Z = 47.
a. Indiquer la composition de son noyau : 47 charges positives
1
1
b. Indiquer le nombre d’électrons qu’il possède : 47
Justifier : un atome est électriquement neutre : (il possède autant d’e- que de charges 0,5+0,5
+ dans le noyau.)
2- Que possède l’atome d’argent pour être conducteur de courant électrique ? Préciser
son sens de déplacement dans un circuit électrique. Il possède des e- libres. Ils se 1+ 0,5
déplacent de la borne – vers la borne + du générateur.
III - Les sels d’argent ou solutions argentiques
1- L’ion argent possède 46 électrons.
a. Rappeler la définition d’un ion
C’est un atome (ou groupement d’atomes) qui a gagné ou perdu un (ou
plusieurs) électrons.
b. Écrire la formule de l’ion argent : Ag+
1
1
2- On dispose d’une solution inconnue incolore. Dans 2 tubes différents, on verse sur
celle-ci quelques gouttes de :
• Nitrate d’argent il apparaît un précipité blanc
• Soude il apparaît un précipité rouille
Déduire des deux tests la formule de la solution ionique utilisée.
Équilibrer celle-ci si nécessaire.
( Fe3+ +
3Cl-) (formules 1 + coef 0,5)
Justification : les ions Fe3+ sont identifiés par le précipité rouille avec la soude.
Les ions chlorure par le précipité blanc avec le nitrate d’argent.
(si seulement justification du coefficient correcte 0,5 pt)
3- Le précipité blanc obtenu à la question 2- devient noir à la lumière : il est
photosensible. Il s’agit de chlorure d’argent de formule AgCl. C’est ce matériau qui
recouvre les pellicules photographiques.
1,5
0,5+0,5
- 4 1
(-
Sachant que le chlorure d’argent est le produit de la réaction entre deux ions, écrire
l’équation-bilan de la réaction qui a conduit à sa formation.
Ag+
+
Cl-
- 5 -
AgCl