PHYSIQUE-CHIMIE série S
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1. D apr s Le son musical de John Pierce Document 1 Page 2 sur 15 M me si nous ne sommes pas tous gaux face au son voici la dose moyenne de son tol rable par semaine Au del de cette dose vous risquez de l ser progressivement et d finitivement votre audition Dur e d exposition hebdomadaire tol r e VAR ARIANE Be r g Avion au d collage SEUIL DE DOULEUR 1 MIN 120 dB Des oreilles dans la moyenne peuvent tol rer l coute d un baladeur au niveau maximum 100 dB pendant deux heures par semaine Elles peuvent tol rer l coute d un concert 105 dB pendant 45 min Les doses de son s additionnent IT ne faut pas d passer une dose de son par semaine Deux heures de baladeur au niveau maximum plus un concert 105 dB c est trois fois la dose de son tol r e par semaine 11 y DANGER On estime que le risque existe partir d un niveau sonore de 90 dB Cependant la douleur n appara t qu partir de 120 dB soit une intensit sonore 1000 fois plus lev e que le seuil de risque Les l sions peuvent survenir sans que l on s en aper oive sur le moment Mais le v ritable danger n est pas uniquement dans le niveau sonore il se situe aussi dans la dose de son c est dire le temps d exposition un niveau sonore donn Page 3 sur 15 SEUIL DE RISQUE i Concert amplifi _ Discoth que ff Balladeur f fort volume gt 45 MIN 105 dB 2H2. 2 52 x 10 Document 8 Le degr d acidit d un vinaigre indique la masse d acide thano que pr sent dans 100 g de vinaigre soit 100 mL en consid rant que la masse volumique du vinaigre soit tr s voisine de celle de l eau Exemple Un vinaigre dont le degr d acidit est 8 signifie qu il contient 8g d acide thano que pour 100 g ou 100mL de vinaigre Document 9 M C g mol M H g mol M O g mol Document 10 3 1 Ecrire l quation mod lisant la r action de l acide thano que avec l eau 3 2 Justifier l aide du document 8 le caract re acide du vinaigre 3 3 V rifier que le pKa du couple acide thano que ion thanoate soit gale 4 8 3 4 A partir de l expression de la constante d acidit Ka du couple HA A retrouver la relation A7 A HA f pH pKa log Page 10 sur 15 3 5 Dans l hypoth se o HA A quelle serait la valeur du pH de la solution justifier partir de la relation de la question pr c dente 3 6 Le document 8 montre que HA gt A Montrer que cette observation soit conforme avec le diagramme de pr dominance 3 7 V rifier que la masse molaire de l acide thano que soit gale 60 g mol 3 8 D terminer le degr d acidit du vinaigre tudi EXERCICE N IV LA MER SOUS SURVEILLANCE 8 POINTS L Ifremer contribue par ses travaux et expertises la connaissance des oc ans et de leurs resso
3. 1 267 He de hen AS 25 uit LS PB Ye t EE PF METANA Fa are Ane Cons SP 20 AA EPS Es p Qg ii Ti 9 s mi r 1 i weete f P Ma e Tan a i 3 k 4 AE T ere H A LE t 141 RICA PA 3 Pef t LL 2 Jr eat r s autre dr 4 c s Met po P TELE C2 En d He Uat mel 2 a pes E3 ES SOURCE gs j l I r I 0 125 0 250 8 500 1 aene en kHz es Hu IEL mt D Si ms FLPA Ut rh reli pes er arms epp R Lsi ini STA in gt SLT RE S TAPENAN ASE A E airaa ENT A t PARLER A Document 4 Questions pr liminaires Toutes les r ponses doivent tre justifi es l Le son mis par la flute dans le document 3 est il un son pur 2 Le bouchon en mousse modifie t il la hauteur du son 3 Un lyc en se rend un concert sans protection auditive Il a d j cout son baladeur 100 dB pendant une heure dans la semaine Peut il rester une heure ce concert de niveau sonore 105 dB sans prendre de risques pour son audition 4 Les bouchons en silicone utilis s par les musiciens conservent ils la hauteur et le timbre du son 5 Si le niveau sonore est de 90 dB trois m tres de l instrument Quelle est la valeur du niveau sonore neuf m tres de l instrument Question de synth se 6 partir des documents propos s et de vos connaissances personnelles indiquez en le jus
4. 100 dB TH 95 dB 20 H 90 dB tj E la me Imprimante Sonnerie de Re Tic Tac de d une montre 20 dB NS Bruissement iE de feuilles ES 100 dB 105 dB A n 1dosedeson V 2 Heures Concert Rave Discotheque pendant 45 Min 100 dB 105 dB 1 n 3dosesdeson X 2 Heures 1 H30 Dur e moyenne d un concert 2 X 45 MIN D apr s http www agi son org Document 2 De plus en plus l entr e des festivals de musique des discoth ques on voit des distributions gratuites de bouchons d oreille en mousse Les courbes ci dessous pr sentent l enregistrement au laboratoire du son mis par une fl te et des enregistrements du son restitu par un bouchon d oreille en mousse et un bouchon d oreille moul en silicone tr s utilis par les musiciens mais de prix assez lev lorsque la note jou e est un la4 amplitude relative Son mis par la fl te 0 8 0 6 04 0 2 f kHz amplitude relative f kHz amplitude relative Son restitu apr s le passage par un bouchon moul en silicone 0 8 0 6 0 4 0 2 f kHz D apr s Bac m tropole 09 2009 Document 3 Page 4 sur 15 5 re arr gt Tee PR TEPILE es DE rnae pea RS EPE RTE pes mt LEZ x AE SF g Erec seg ne SSL E EN Re Le CENTREAUDIUION COUPE TEEN M EMTEC RSA TER TNT UE MES m P howa s Fatry Pafta ri Anak Brie te Dir ke ESPAR 3 r EENET Ai
5. des metteur r cepteur ultrasonore centrale mar es sur les c tes fran aises se fait l aide de ntrale d acquisition mar graphes num riques permanents appel s MCN Mar graphes C tiers Num riques Le MCN est quip d un t l m tre constitu d un pii metteur et d un r cepteur d ultrasons plac s au dessus de l eau Il met des salves courtes d ultrasons et d tecte le signal r fl chi par la surface niveau de la mer de l eau Le temps coul entre l mission et la r ception du signal est alors traduit en hauteur d eau Le sch ma de l observatoire de Brest Penfeld ci z ro siega id Principe du mar graphe contre illustre ce principe 5 Exprimer la dur e At coul e entre l mission et la r ception d une salve d ultrasons en fonction de L et v o v d signe la c l rit du son dans l air 6 La hauteur H de la mar e est rep r e par rapport une r f rence appel e z ro hydrographique v x At 5 7 Le t l m tre est plac 15 m tres au dessus du z ro hydrographique Le tableau ci dessous D montrer la relation H D donne un extrait des hauteurs de mar es mesur es le Vendredi 11 octobre 2013 Saint Malo Page 12 sur 15 Calculer la dur e At qui a permis de calculer la hauteur d eau mar e basse 18h51 06h22 11h54 10 57 m Vendredi 11 10 13 RS Un l ve d cide de mettre en uvre avec le mat
6. liquide Spectre IRI Hate f i Lots D pe pu Document 2b Spectroscopie Infrarouge de l thanol en phase liquide Spectre IR2 Liaison Cia a Cia Cie H Cia H Document 2c Table de Nombre d ond donn es pour la rs 1000 1250 1415 1470 2800 3000 spectroscopie IR jai C 0 C carbone Liaison C O acide C O ester Ce O t t carbonyle t tragonal Nombre d onde 4 liaisons Ci 1680 1710 1650 1740 1700 1740 1050 1450 simples Page 8 sur 15 HNMR Spectrum proposition PROPOSITION B 300 250 200 1 59 100 0 0 000 0 chemical shii ppm chemical shif ppm 4pics 1pic 3 pics 1pic PROPOSITION C 0 50 000 Ch micel stift opm 4pics 1 pic 3 pics 4pics 1 pic 3 pics Document 3 4 propositions de spectre R M N de l thanol 3 fausses et 1 correcte Deuxi me partie S curit routi re Des thylotests sont d sormais la disposition des automobilistes pour d tecter la pr sence d thanol dans l air expir et donner une indication sur le taux d alcool mie thylotests de cat gories A Ils sont constitu s d un tube rempli d un solide impr gn d une solution acidili e de dichromate de potassium 2 K aq Cr 03 ag Au contact de l thanol les ions dichromate CO aq oxydent l thanol en acide thano que avec formation d ions C ag vert Si l air expir contient de l thanol un changement de coul
7. riel du lyc e une grande prouvette un dispositif d acquisition un metteur et un r cepteur d ultrasons en mode salves le principe du mar graphe ultrasons Il r alise le dispositif ci dessous 8 L enregistrement des tensions Uem metteur et Ure r cepteur appara t sur le document ci dessus E E E EE RE 5 i e ro E acquisition voie 1 acquisition voie 2 DEA EURE nus GS air F L lloll1151111101 1 118111 20 D CELL TEE MERE ENE t 3 E sojet BERAN E NS OS Anaan En m eau Lso MMMM CA poot H H A des signaux de l rares et Er 5 Montage de l l ve Calculer la hauteur d eau H que l l ve a plac e dans l prouvette Donn e D 53 0 cm 9 L exp rience est propos e en s ance de TP l ensemble de la classe avec la m me hauteur d eau dans l prouvette Les r sultats sont rassembl s dans le tableau ci dessous EE LE EC ES O D terminer l incertitude de r p tabilit U H avec un niveau de confiance de 99 Ecrire le r sultat sous la forme Hmoy U H Page 13 sur 15 b Pour une s rie de n mesures ind pendantes donnant des valeurs mesur es m l cart type de la s rie de mesures est o m est la valeur moyenne de la s rie de mesures que l an notera aussi M my L cart type est obtenu en utilisant les fonctions statistiques d une calculatrice ou d un tableur E b l incertitude de r p tabilit associ
8. BACCALAUREAT BLANC D cembre 2013 PHYSIQUE CHIMIE s rie S DUREE DE L EPREUVE 3 h 30 COEFFICIENT 6 ou 8 pour les sp cialistes Sciences physiques L preuve a t con ue pour tre trait e avec calculatrice L usage des calculatrices est autoris Le candidat SPECIALISTE SCIENCES PHYSIQUES doit traiter les EXERCICES I M ET IV qui sont ind pendants les uns des autres Le candidat NON SPECIALISTE doit traiter les EXERCICES II IT ET IV qui sont ind pendants les uns des autres LES EXERCICES SERONT REDIGES SUR TROIS COPIES DIFFERENTES I COMMENT EVITER LES DANGERS SONORES SANS PERDRE LA QUALITE DU SON LORS D UN CONCERT EN PLEIN AIR 5 POINTS EXERCICE DE SPECIALITE IL DOSAGE D UN ANTISEPTIQUE 5 POINTS III AUTOUR DE L ETHANOL 7 POINTS IV LA MER SOUS SURVEILLANCE 8 POINTS La clart des raisonnements et la qualit de la r daction interviendront pour une part importante dans l appr ciation des copies Page 1 sur 15 EXERCICE N COMMENT EVITER LES DANGERS SONORES SANS PERDRE LA QUALITE DU SON LORS D UN CONCERT EN PLEIN AIR 5 POINTS EXERCICE DE SPECIALITE Depuis les ann es 70 l coute de la musique un niveau sonore lev est devenue un v ritable ph nom ne de mode et le risque de perte d acuit auditive est aujourd hui un v ritable probl me de sant publique En g n ral les personnes atteint
9. C H5O Enzyme ADH Esp ce chimique A de formule brute C H40 D gradation ult rieure www sfa ispa ch Synth se du cholest rol La spectroscopie permet d apporter des informations sur la structure des mol cules et les fonctions organiques pr sentes Elle permettra d identifier la mol cule A Questions relatives l thanol 1 1 Apr s avoir repr sent e la formule d velopp e de la mol cule d thanol entourer et nommer le groupe fonctionnel pr sent 1 2 Montrer que le spectre infrarouge du document 2b est coh rent avec les liaisons observ es entre les atomes de la mol cule d thanol Interpr ter pour cela les massifs B C et D un massif peut ventuellement tre la superposition de plusieurs pics d absorption de liaisons diff rentes 1 3 Parmi les 4 propositions pr sent es dans le document 3 pr ciser celle correspondant au spectre R M N de la mol cule d thanol la r ponse devra tre argument e Questions relatives l esp ce chimique A 1 4 Identifier l esp ce chimique A en pr cisant son nom et sa formule semi d velopp e La r ponse devra tre justifi e en s appuyant sur les informations apport es par les diff rents documents Page 7 sur 15 Transmittance en 00 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 4 Nombre d onde en 1 cm Document 2a Spectroscopie Infrarouge de l esp ce chimique not e en phase
10. LEVES L thanol est utilis comme carburant incorpor dans l essence comme antiseptique comme solvant comme mati re premi re L thanol est contenu des degr s divers dans les boissons alcoolis es Des campagnes de pr vention sensibilisent sur les m faits d une consommation excessive et ou r guli re en mati re de s curit routi re de sant et de relations avec autrui violence conjugale Premi re partie M faits sur l organisme Document 1 On trouve dans un document publi par l Institut suisse de pr vention de l alcoolisme ISPA les informations suivantes Quand une personne consomme de l alcool celui ci commence imm diatement passer dans le sang Plus le passage de l alcool dans le sang est rapide plus le taux d alcool dans le sang augmentera rapidement et plus vite on sera ivre L alcool est limin en majeure partie par le foie Dans le foie l alcool est limin en deux tapes gr ce des enzymes Dans un premier temps l alcool est transform en une esp ce chimique not e A par l enzyme alcool d shydrog nase ADH Le compos A de formule brute C H 0 est une substance tr s toxique qui provoque des d g ts dans l ensemble de l organisme Il attaque les membranes cellulaires et cause des dommages indirects en inhibant le syst me des enzymes Dans un deuxi me temps la mol cule A est m tabolis e par l enzyme ac tald hyde d shydrog nase ALDH Alcool pur Ethanol
11. e la mesure est U M kx n Elle d pend du nombre n de mesures ind pendantes r alis es de l cart type de la s rie de mesures et d un coefficient k appel facteur d largissement b Le facteur d largissement k d pend du nombre de mesures r alis es et du niveau de confiance choisi a valeur figure dans un tableau issu de la loi statistique dite loi de Student Un extrait de ce tableau est donn ci dessous pour un nombre de mesures compris entre 2 et 16 et pour des niveaux de confiance de 96 et de 99 on 2l3lalstlel 7 al 10 D apr s Livre de TS Hachette Education Troisi me partie Le simulateur et l nergie houlomotrice La houle poss de une nergie consid rable appel e nergie houlomotrice et peut tre r cup r e afin de produire de l lectricit Qu est ce que la houle La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer provoqu par un champ de vent loign de la zone d observation La houle est caract ris e par sa hauteur H sa p riode temporelle T et sa longueur d onde Surface Niveau moyen de lamer de la mer D apr s Livre de TS Hachette Education Les rendements attendus de l nergie houlomotrice sont bien sup rieurs ceux produits par l olien Cependant les obstacles au recours l nergie des vagues sont importants e la corrosion des mat riels immerg s e les probl mes de fragilit li s l amarrage d
12. ee 500 r Pa P 0 5 ma 7 E mmol L 0 n a a 5 10 30 400 500 600 700 800 Document 4 La valeur maximale de l absorbance mesurable est 2 Apr s avoir t dilu e dix fois la solution de lugol est introduite dans une cuve de 1 cm de large L absorbance mesur e vaut alors 1 avec une longueur d onde de 500 nm Questions pr liminaires Toutes les r ponses doivent tre justifi es l Apr s avoir rappel la loi de Beer Lambert vous justifierez l unit du coefficient d extinction molaire 2 La radiation la mieux absorb e par la solution de lugol a une longueur d onde de 350 nm En vous aidant du document 7 de l exercice 3 en d duire la couleur de la solution 3 Donner l ordre de grandeur du coefficient d extinction molaire 350 de l ion triodure I 350 nm et calculer l absorbance th orique A350 d une solution de lugol 350 nm dans une cuve d paisseur 1 cm Question d analyse La d marche scientifique doit tre r dig e les calculs clairement expliqu s Justifier que le dosage du lugol soit effectu avec une radiation de longueur d onde gale 500 nm et non pas 350 nm apr s dilution au dixi me Vous rappellerez le mat riel utilis pour effectuer une telle dilution Puis vous retrouverez la valeur de la concentration molaire en todure de cet antiseptique Page 6 sur 15 EXERCICE N IIL AUTOUR DE L ETHANOL 7 POINTS COMMUN A TOUS LES E
13. ences sont en Hz et les vitesses en m s La vitesse V est compt e positivement lorsque les particules se d placent vers l metteur suppos fixe par rapport au fond marin Les particules renvoient une partie de l onde acoustique vers le dispositif ultrasonore Celui ci fonctionne tant t en metteur et tant t en r cepteur Les ondes acoustiques sont des ondes longitudinales Sens de d placement des particules 2 Vl nise o V est la vitesse des particules par rapport l metteur et c la c l rit Sens de propagation de Emetteur l onde mise Sens de propagation de l onde r fl chie R cepteur Sens de d placement des particules Page 11 sur 15 l Sur quel ph nom ne physique li aux ondes fonctionne le courantom tre d crit pr c demment 2 Expliquer la phrase Les ondes acoustiques sont des ondes longitudinales 3 L onde mise a une fr quence de 40 00 kHz le signal capt par le dispositif correspondant Ponde r fl chie est visualis sur le document ci dessous La dur e de l enregistrement vaut 3 726 10 s SE E NANANA RANNANAT il LUNA TU DATATANAVATRTE TATATA TATAIA UUUN UV VY NV UVNT BRRESSRRE D terminer la fr quence de l onde r fl chie 4 En d duire la vitesse du courant oc anique et le sens de d placement des particules par rapport la bou e Deuxi me partie Le mar graphe Depuis 1992 l enregistrement des hauteurs
14. es l ments en mer ou l utilisation de syst mes m caniques mobiles dans un milieu tr s agit e les enjeux environnementaux les installations c ti res peuvent d figurer le paysage et les installations offshore au large des c tes peuvent interf rer sur la faune la circulation maritime et les activit s de p che D apr s Les vagues un mouvement exploiter Plan te Energies Page 14 sur 15 Une quipe de techniciens souhaite tudier l impact d une telle station offshore Ils simulent l aide d une cuve ondes diff rentes situations Sch ma 1 Sch ma 2 Sch ma 3 ag Station Offshore Vagues Oc an 10 Quel ph nom ne physique est illustr par ces diff rentes simulations Quel param tre l influence La houle est qualifi e d onde m canique 11 Qu est ce qu une onde m canique La cuve ondes poss de un vibreur de fr quence 25 0 Hz Il provoque des ondes assimilables la houle qui se propagent la surface de la cuve La distance d entre neuf lignes de cr tes cons cutives est 8 10 cm 12 Quel est l int r t de mesurer la distance entre le pus grand nombre possible de cr tes pour d terminer d 13 Quelle est la longueur d onde de l onde se propageant la surface de l eau 14 Calculer la c l rit de cette onde Page 15 sur 15
15. es se plaignent de sifflements dans l oreille d acouph nes ou de troubles de l audition qui disparaissent le plus souvent apr s quelques jours de repos auditif long terme ces effets peuvent devenir permanents et l audition d grad e de mani re irr versible C est pour cela que le niveau sonore pour les tablissements diffusant de la musique est r glement 105 dB d cret 98 1143 dit lieux musicaux Le niveau des baladeurs est limit 100 dB mais ce niveau peut tre facilement amplifi par les couteurs Il est donc important d duquer d informer et d amener la population r fl chir sur le handicap que peut engendrer l exposition prolong e des niveaux sonores trop lev s D apr s Le pharmacien et l oreille conseil l officine th se soutenue par Adeline Zannoni http docnum univ lorraine fr public SCDPHA_T_2008 _ZANNONIT ADELINE pdf Comment varie le niveau sonore en fonction de la distance Si le son n est pas r fl chi ou diffract le niveau sonore perd 6 dB chaque fois que l on double la distance Si le niveau sonore est de 90 dB 3 m tres de l instrument 1l sera de 84 dB six m tres Niveau sonore de divers instruments trois m tres en plein air Clarinette 86 dB Contrebasse 92 dB Piano 94 dB Trombone 107 dB Grosse caisse 113 dB
16. eur s op re sur une longueur grossi rement document 5 mode d emploi succinct de l thylotest proportionnelle la concentration A en alcool de l air expir la pr cision Gonfler le ballon sans le tube est de l ordre de 20 document 4 Adapter le tube D gonfler le ballon en pressant sur le ballon Un changement de couleur trahira la pr sence d thanol dans l air expuls Page 9 sur 15 4 t gt 4 2 rrrebennneromreemnne efencenirardenemefomemmnn 480 520 560 600 640 680 T document 6 spectre d absorption d une solution de dichromate de potassium Les ions potassium sont document 7 incolore en solution 2 Pr ciser la couleur prise par le contenu du tube en cas Les r ponses devront tre justifi es d absence d thanol dans l air expir de pr sence d thanol dans lair expir Troisi me partie Etude d un produit d riv de l thanol Sous l action de bact ries ac tobacter V thanol s oxyde pour former de l acide thano que Cette transformation est mise profit pour la fabrication de vinaigre partir de boissons alcoolis es comme le vin et le cidre Le vinaigre blanc est une solution aqueuse d acide thano que Composition d un vinaigre blanc dont le degr d acidit est d terminer On notera HA l acide thano que et A l ion thanoate HA mol L A mol L H30 mol L HO mol L 9 96 x 10 3 97 x 10 3 97 x 10
17. tifiant vos recommandations pour profiter d un concert en plein air sans risques auditifs et tout en gardant intacte la qualit du son Vous prendrez soin pour cela d utiliser la totalit des documents propos s d utiliser au moins une application num rique pertinente d apporter une solution au probl me pos en veillant structurer les informations recueillies d adopter un jugement critique argument et de r diger un document d au minimum 20 lignes dans un fran ais correct Page 5 sur 15 EXERCICE N DOSAGE D UN ANTISEPTIQUE 5 POINTS EXERCICE POUR LES NON SPECIALISTES La solution de lugol En pr sence d un exc s d ions iodure le diiode r agit pour La solution de lugol est un antiseptique propos par le m decin donner l ion triiodure 1 7 selon la r action L vg KAE Cette fran ais Jean Guillaume Auguste Lugol au x si cle C est une solution antiseptique est donc une solution d ion triiodure de solution aqueuse de diode l et d iodure de potassium K 1 concentration molaire voisine de c 0 04 mol L Spectre UV visible de l ion triiodure 1 CETTE Courbe d talonnage pour le dosage de l ion en solution aqueuse _ triiodure 1 7 une longueur d onde 500 nm dans une e est le coefficient d absorption molaire de l esp ce cuve d paisseur 1 cm des A A L mol cm 1 1 LT ORNE 1500 Lt 2 5 i mai aS F 2 0 pe 1000 g 1 KI 104 LT mens i E
18. urces la surveillance du milieu marin et du littoral et au d veloppement durable des activit s maritimes ces fins il con oit et met en uvre des outils d observation d exp rimentation et de surveillance et g re des bases de donn es oc anographiques collect es en partie par des bou es de surveillance sch matis es ci contre Transmission en temps r el par satellite Capteurs pression e temp rature e vitesse du vent e hauteur et direction de la houle Capteurs e temp rature salinit vitesse du courant Donn es pour l ensemble de l exercice vitesse des ondes ultrasonores 7 1 Dans l air v 340 m s dans l eau vz 1480 m s Premi re partie Le courantom tre La mesure des courants maritimes ou oc aniques fait appel des appareils appel s courantom tre Les appareils les plus r cents utilisent les ondes accoustiques Un dispositif plac dans les bou es de surveillance met des ondes ultrasonores qui sont r fl chies par des particules plancton crevettes s diments en suspensions entrain es par le courant Principe du courantom tre L onde acoustique est mise une fr quence fkmis La fr quence de londe r fl chie vers l metteur frecue d pend de la vitesse de d placement des particules qui la renvoient La variation de fr quence not e f s exprime par la relation f re ue f mise du son dans le milieu Les fr qu
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