D.S.T. N° 1

CLASSE DE TERMINALE S
Le : 16 septembre 2009
Durée : 2 h 00
Physique-Chimie
DEVOIR SUR TABLE N° 1
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L’usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points.
I ] CHIMIE : sur 10,0 points. TITRAGES
TITRAGES TITRAGES
TITRAGES SANGUINS
SANGUINSSANGUINS
SANGUINS
A] Potentiel aérobie.
L'acide lactique (CH3–CHOH–COOH) est présent dans le sang, à une concentration massique volumique de l'ordre
de 100 mg.L-1, chez un individu sain au repos. Cette concentration augmente en cas d'effort musculaire intense,
notamment lorsqu'il s'agit d'un travail aérobie. Par exemple, chez un athlète qui vient de courir un 800 m, la concentration
peut dépasser les 2,00 g.L-1. Certains athlètes font des analyses sanguines toutes les deux ou trois semaines. Si, à
performance égale, la concentration en acide lactique dans leur sang diminue, alors leur potentiel aérobie a progressé :
l'athlète pourra courir plus vite sans produire plus d'acide lactique.
Il y a deux mois, un athlète a mesuré la concentration en acide lactique de son sang après un 800 m. Elle était
de 1,89 g.L-1. Aujourd'hui, il veut se refaire tester dans !es mêmes conditions, après un 800 m. On lui prélève un
volume : V = 1,00 mL de sang et, par une méthode que nous ne détaillerons pas ici, on en extrait la totalité de l'acide
lactique. Cet acide lactique est introduit dans une fiole jaugée de 50,0 mL, contenant déjà un peu d'eau distillée. On agite
jusqu'à dissolution complète. On complète la fiole avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. On appelle S la solution
homogénéisée ainsi obtenue. On réalise le titrage du volume : V1 = 50,0 mL de la solution S par une solution aqueuse de
soude, de concentration molaire volumique : C2 = 1,00.10-3 mol.L-1. L'équivalence du titrage est atteinte pour un volume de
solution de soude ajouté égal à : Véquiv. = 20,0 mL. On donne : M (acide lactique) = 90,0 g.mol-1.
1.1. Écrire, en utilisant des formules semi-développées, l’équation chimique de la réaction support du titrage.
1.2. Quelles caractéristiques doit présenter cette réaction pour être utilisable dans un titrage ?
1.3. Faire le schéma légendé du dispositif de titrage.
1.4. Comment repère-t-on l’équivalence de ce titrage ?
1.5. Établir l'expression littérale de la concentration molaire volumique en acide lactique de la solution S en fonction
des données de l'exercice.
1.6. En déduire l'expression littérale de la concentration massique volumique en acide lactique dans le sang de
l’athlète, puis la calculer numériquement.
1.7. L'entraînement suivi par l'athlète depuis deux mois lui a-t-il permis d'augmenter son potentiel aérobie ? Justifier.
1.8. Lors de la préparation de la solution S, une étape a été oubliée. La décrire.
B] Alcootest.
Pour vérifier les résultats d’un alcootest, un automobiliste subit une prise de sang. On prélève un échantillon de
10,0 mL de son sang. Pour oxyder totalement en acide éthanoïque, CH3COOH, l’éthanol contenu dans cet échantillon, on
y ajoute, en milieu acide, une solution de dichromate de potassium centimolaire, K2Cr2O7, en excès, soit un volume de
20,0 mL. Le couple oxydant / réducteur correspondant est le couple : Cr2O72– aq / Cr3+aq. Les ions dichromate en excès
sont ensuite titrés en ajoutant au milieu réactionnel une solution acidifiée d’iodure de potassium, KI, de concentration
molaire volumique : C2 = 2,00.10-2 mol.L-1. Le couple oxydant / réducteur correspondant est le couple : I2 aq / I–aq
L’équivalence du titrage est obtenue pour un volume versé de 24,0 mL de la solution titrante.
On donne : M (éthanol) = 46,0 g.mol-1.
1.1. Établir l’équation chimique de la réaction des ions dichromate sur l’éthanol contenu dans le sang.
1.2. Établir l’équation chimique de la réaction support du titrage de l’excès d’ions dichromate.
1.3. Déterminer la quantité de matière d’ions dichromate en excès.
1.4. Déterminer la quantité de matière d’ions dichromate ayant réagi avec l’éthanol contenu dans le sang testé.
1.5. Évaluer la concentration massique volumique d’éthanol dans le sang de l’automobiliste. Conclure.
... / ...

II ] PHYSIQUE : sur 10,0 points. ÉQUILIBRE ET ÉNERGIE
ÉQUILIBRE ET ÉNERGIEÉQUILIBRE ET ÉNERGIE
ÉQUILIBRE ET ÉNERGIES
SS
S
A] Équilibre.
Un cube en bois de côté : a = 8,00 cm est relié à une sphère en acier de
rayon : r = 1,00 cm par un fil inextensible et de masse négligeable, comme
l’indique le schéma ci-contre. Le système ainsi formé est plongé dans de l’eau de
mer. À l’équilibre, le cube émerge d’une hauteur h par rapport à la surface libre et
au repos de l’eau de mer. On ne tiendra pas compte de l’action de l’air sur la
partie émergée du cube.
1.1. Faire l’inventaire des forces extérieures s’appliquant au système en
équilibre et les représenter sur un schéma.
1.2. Exprimer littéralement, en fonction des données, la hauteur h.
1.3. Calculer numériquement une valeur de h.
On donne : g = 9,81 m.s-2 ; masse volumique du bois : ρbois = 7,40.102 kg.m-3 ;
densité de l’eau de mer : deau de mer = 1,03 ; masse volumique de l’acier : ρacier = 7,80.103 g.L-1 ;
volume d’une sphère de rayon R : Vsphère = 1,33 π
ππ
π R3.
B] Golf : « drive » et « approche ».
Personne ne connaît les origines du golf, mais il est certain que ce jeu existait en Écosse au XVe siècle. Le
parcours de golf comporte 18 trous. Pour chacun, le jeu consiste à envoyer la balle dans le trou, en le moins de coups
possible. La longueur moyenne du parcours total est de 5,50 à 6,40 km. La balle est frappée à l'aide d'une canne, appelée
« club ». Il existe plusieurs types de clubs selon la nature des coups à effectuer. Pour le « drive », qui est le coup le plus
long, du départ, on utilise un « bois ». Pour les « approches », coups plus courts joués sur le « green » entourant le trou,
on utilise un « putter ». La balle, blanche ou de couleur, doit avoir un diamètre minimal de 42,67 mm et doit peser au
maximum 45,93 g.
1. Premier type de tir : le « drive ».
Un golfeur se présente au départ d'un parcours. Le centre d'inertie G de la balle, de masse m = 45,0 g, posée sur le « tee » et
qu'il va frapper, se trouve en O. À l'instant t = 0, la balle frappée est lancée dans un plan vertical, repéré par les axes Ox
, horizontal,
et Oy
, vertical, avec une vitesse de G de valeur 144 km.h-1 et dont la direction fait un angle : α = 40,0° avec l'horizontale.
1.1. Étude de la trajectoire de G en négligeant les frottements dans l'air.
L’équation cartésienne de la trajectoire de G, dans le repère d’étude, s’écrit numériquement :
y(x) = – 5,22.10-3 x2 + 0,839 x.
Il s’agit d’un arc de parabole de sommet S, d’axe vertical et de concavité tournée vers les y négatifs.
1.1.1. Déterminer à quelle distance du point O retombe le point G.
1.1.2. Quelles sont les coordonnées du sommet S de la parabole ?
1.2. Étude énergétique.
1.2.1. Calculer les valeurs initiales des énergies cinétique, potentielle de pesanteur et mécanique de G.
1.2.2. Justifier le fait que l'énergie cinétique de G ne peut être nulle au point S.
1.2.3. Calculer alors sa valeur en ce point S.
1.3. Étude du « vol » réel de la balle, les frottements n'étant plus négligés.
En réalité, le point culminant de la trajectoire de G a pour abscisse x’S = 70,0 m et G ne touche le sol qu'à une
distance de 145 m du point de départ O. Donner une interprétation de cette différence avec la prévision théorique du 1.1.
2. Deuxième type de tir : « l’approche ».
La balle se trouve maintenant sur le « green » (terrain
horizontal), en O, et le golfeur doit pousser la balle à l'aide de
son « club », sans la soulever, pour la faire tomber dans un trou
situé à 5,00 m de la balle. Les forces de frottements s'exerçant
sur la balle sont supposées constantes et équivalentes à une
force unique, f
, constamment opposée au vecteur vitesse de
G, de valeur : f = 5,00.10-2 N. La balle se déplace en ligne
droite. Le « club » communique au centre d'inertie G de la balle
une vitesse initiale de valeur 3,20 m.s-1. On ne tient pas compte du roulement de la balle.
2.1. Faire le bilan des forces s'exerçant sur G et les représenter sur un schéma.
2.2. Quelle est la distance parcourue par G avant de s'arrêter ? « L'approche » est-elle réussie ?
2.3. Calculer la variation d'énergie mécanique de G au cours de « l’approche ».
2.4. Sous quelle(s) forme(s) cette variation d’énergie est-elle transmise au milieu extérieur ?