Episode IV : Mise en place des solutions dans le laboratoire. (11,5 points).
Partie A : L’ascension.
1. Bilan des forces exercées sur l’élève B : son poids
et la force de traction de la
corde
. 0,5
2. l’élève B a un mouvement rectiligne accéléré.
alors
0 ;
dans ce cas
> 0 0,5
3. Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, on applique le théorème de l’énergie
cinétique à l’élève B.
Ec =
avec vi = 0,
2
Donc 60 v2f = -2mgh +2 Fh = (-18000 + 18300) / 60 = 300 / 60 = 5 alors vf = 2,24 m.s-1
Partie B : La descente. (version calme)
1. La somme vectorielle des forces exercées sur l’élève B durant la descente est
. En effet, d’après la
première loi de Newton, si le mouvement est rectiligne uniforme alors la somme des forces extérieures appliquées 0,5
au système est égale au vecteur nul.
2. Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, on applique le théorème de l’énergie cinétique
à l’élève B.
Ec =
avec
Ec = 0 on a mgh – fh = 0 donc f = mg = 60,0
10 = 600,0 N 1
Partie C : La descente. (version frisson)
1. On est dans une situation de chute libre si la seule qui s’applique au système est le poids. 0,5
2. L’énergie potentielle de l’élève B à la hauteur h = 15,0 m a pour expression Ep = mgz
et valeur Ep = 60,0
10
15,0 = 9000 J 1
3. La variation d’énergie potentielle Ep, est égale à mg(zf – zi) = 60
10
(10 – 15) = - 3000 J 1
4. Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, on applique le théorème de l’énergie cinétique
à l’élève B.
Ec =
avec vi = 0 on a
donc vf2 = 2gh = 2
10
5,0 = 100 soit vf = 10,0 m.s-1 1
5. L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle à une date donnée.
Em = Ec + Ep =
= 0,5
60,0
100 + 60,0
10
10,0 = 3000 + 6000 = 9000 J 1
6. Pour z1 = 15,0 m , l’énergie mécanique est égale à Em = 0 + 60,0
10
15,0 = 9000 J 1
7. Pendant ce mouvement de chute libre, l’énergie mécanique est constante (il n’y a pas de force de frottement). 1
8. Si l’élève pesait 5,0 kg de plus, la vitesse acquise par l’élève serait la même car elle ne dépend pas de la
masse de celui-ci (vf2 = 2gh). 0,5
Episode V : L’ultime tentative. (10,5 points)
1. Le cuivre au contact d’acide nitrique se transforme en ion cuivre II (apparition d’une couleur bleue). 0,5
On observe le dégagement d’un gaz incolore (dans la solution) appelé monoxyde d’azote qui se transforme en
dioxyde d’azote (gaz orange) au contact du dioxygène de l’air. 1
2. L’équation associée à la réaction entre l’acide nitrique et le cuivre est :
2 HNO3(aq) + 6 H+(aq) + 3 Cu(s) = 3 Cu2+(aq) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) 1
3. 2 NO(g) + O2 (g) = 2 NO2 (g) 0,5
4.a. Dans un premier temps, on détermine la concentration d’un litre de solution commerciale d’acide nitrique.
Un volume d’un litre d’acide nitrique a une masse m =
V = 1,4
1000 = 1400 g
La quantité de matière d’acide nitrique contenu dans cette solution commerciale à 90% est
n =
20,0 mol. Soit une concentration c = 20,0 mol.L-1
Dans un second temps, on détermine le volume de la solution mère à prélever :
Les quantités de matière se conservant, on peut écrire CiVi = CfVf alors
0,20 0,5000,4
c
Vc
ci
ff
i
100,0 mL 2