Page 1 ( 8 points) - Site de Physique
Contents
1. e de r volution pour faire un tour complet de l orbite vaut T 10h 42min D terminer la dur e minimale At du transfert du satellite MSG 2 du point P de son orbite basse au point A de son orbite g ostationnaire d finitive 3 4 Le satellite tant arriv au point A on augmente nouveau sa vitesse pour qu il d crive ensuite son orbite g ostationnaire d finitive Le lancement complet du satellite est alors achev et le processus permettant de le rendre op rationnel peut d buter Expliquer pourquoi il est judicieux de lancer les satellites g ostationnaires d un lieu proche de l quateur comme Kourou en Guyane Partie 4 La communication entre les satellites GPS et la Terre Donn s Vitesse d un satellite GPS v 3870 m s Relation entre dur e propre et dur e mesur e At yAt avec y 1 2 C 4 1 quelle vitesse par rapport au satellite en mouvement se propage l onde lectromagn tique qui permet la communication entre le satellite et la Terre Et par rapport la Terre 4 2 V rifiez la valeur de la distance donn e dans le document 2 4 3 La dur e entre l mission de deux signaux mesur e par l horloge embarqu e dans le satellite est exactement gale 1s 4 3 1 La dur e mesur e par l horloge situ e sur Terre est elle plus grande ou plus petite Justifiez la r ponse 4 3 2 Le calcul du d calage entre les dur es mesur es par l horloge du satellite et par l horloge si2. on s int resse ensuite la formation des ions ammonium Les parties 1 et 2 sont ind pendantes 1 tude d une solution commerciale destin e diminuer le pH de l aquarium Sur l tiquette du produit on peut lire que la solution commerciale So est constitu e d acide chlorhydrique H30 CI aq mais aucune concentration n est indiqu e La transformation conduisant l acide chlorhydrique tant totale la concentration Co de la solution commerciale est gale la concentration en ions H 0 On cherche d terminer cette concentration en faisant un titrage bH m trique Pour cela on dilue 100 fois la solution commerciale et on proc de au titrage d un volume V4 10 0 mL de la solution dilu e S l aide d une solution d hydroxyde de sodium Ss Na aq HO aq de concentration molaire en solut apport Cs 1 0 x 10 mol L On obtient la courbe de la figure 1 On a galement fait appara tre la courbe repr sentant la d riv e du pH en fonction du volume de soude vers e dpHidVe IT UT 5 15 20 25 Vb mL FI M EE E O EEE E E E E E E EA 1 1 crire l quation de la r action support du titrage 1 2 quivalence 1 2 1 D finir l quivalence 1 2 2 En d duire la valeur de la concentration des ions oxonium dans la solution dilu e S4 Page 6 1 2 3 Montrer que dans la solution commerciale la concentration des ions oxonium H 0 est voisine de 2 5 mol L Cette valeur sera utilis e
3. OH Doc2 L ur e de formule NH CO est un polluant de l aquarium Elle est contenue dans les d jections de certains poissons et conduit au cours d une r action lente la formation d ions ammonium NH et d ions cyanate OCN selon l quation NH2 2CO aq NH aq OCN aq r action 2 Page 7 L tude de la cin tique de cette r action 2 peut tre r alis e par conductim trie Pour cela on pr pare un volume V 100 0 mL d une solution d ur e de concentration molaire en solut apport gale c 0 020 mol L et on suit sa d composition en la maintenant dans un bain marie 45 diff rentes dates on mesure la conductivit de la solution La conductivit o de cette solution peut s exprimer en fonction des concentrations des esp ces ioniques en solution et des conductivit s molaires ioniques les ions H O et HO aq sont en tr s faible quantit et pourront ne pas tre pris en compte On a donc la relation suivante o LNH Zey OCN CN 2 1 Donner la formule topologique de l ornithine et identifier les groupes fonctionnels 2 2 Montrer que la concentration de la solution en ions NH aq peut tre d termin e partir de la mesure de la conductivit de la solution les conductivit s molaires ioniques tant connues 2 3 volution du syst me chimique 2 2 1 Compl ter litt ralement le tableau descriptif de l volution du syst me figurant EN ANNEXE RENDRE AGRAF E
4. la vitesse vs du centre d inertie du satellite Que peut on conclure sur la vitesse lorsque l altitude est basse Partie 3 Transfert du satellite en orbite g ostationnaire Une fois le satellite MSG 2 plac sur son orbite circulaire basse on le fait passer sur une orbite g ostationnaire l altitude h 3 6 x 10 km Ce transit s op re sur une orbite de transfert qui est elliptique Le sch ma de principe est repr sent sur la figure 6 page 7 Le p rig e P est sur l orbite circulaire basse et l apog e A est sur l orbite d finitive g ostationnaire un moment convenu lorsque le satellite est au point P de son orbite circulaire basse on augmente sa vitesse de fa on bien pr cise il d crit ainsi une orbite elliptique de transfert afin que l apog e A de l ellipse soit sur l orbite g ostationnaire d finitive On utilise pour cela un petit r acteur qui met en P pendant un tr s court instant un jet de gaz donnant au satellite l impulsion n cessaire Orbite oo g ostationnaire E Orbite d finitive circulaire basse Orbite Figure 6 de transfert 3 1 noncer la deuxi me loi de Kepler ou loi des aires 3 2 Montrer en s aidant ventuellement d un sch ma que la vitesse du satellite MSG 2 n est pas constante sur son orbite de transfert Pr ciser en quels points de son orbite de transfert sa vitesse est maximale minimale Page 4 3 3 Dans le cas de cette orbite elliptique la dur
5. obtenues par le syst me GPS est telle qu il n est pas possible de rendre n gligeable l effet de dilatation du temps qui existe entre les horloges pr sentes bord des satellites et celles pr sentes sur Terre Sans synchronisation de ces horloges le d calage est de 7 2 us en seulement 24 heures Eduscol L objectif des trois premi res parties est d tudier plusieurs tapes de la mise en orbite du satellite g ostationnaire du document 1 la derni re traite de la communication avec les satellites GPS Certaines aides au calcul peuvent comporter des r sultats ne correspondant pas au calcul effectuer Partie 1 D collage de la fus e Ariane 5 Pour ce lancement la fus e Ariane 5 a une masse totale M Sa propulsion est assur e par un ensemble de dispositifs fournissant une force de pouss e verticale constante F Tout au long du d collage on admet que la valeur du champ de pesanteur g est galement constante On tudie le mouvement du syst me fus e gt gt dans le r f rentiel terrestre suppos galil en et on choisit un rep re O j dans lequel j est un vecteur unitaire vertical dirig vers le haut et port par l axe Oy A l instant t 0 s Ariane 5 est immobile et son centre d inertie G est confondu avec l origine O Page 2 On utilise les notations gt gt gt a valeur de l acc l ration du centre d inertie de la fus e avec a ay a gt gt v valeur de la vitesse de son c
6. pour la suite de l exercice 1 3 On d sire diminuer le pH de l eau de l aquarium et l amener une valeur proche de 6 alors qu il tait initialement gal 7 Sur le mode d emploi du fabricant on peut lire qu il faut verser en une fois 20 mL de la solution commerciale dans 100 L d eau Pour simplifier le calcul on consid rera que le volume final reste gal 100 L Quelle serait la valeur du pH final de l eau de l aquarium s il n y avait qu une simple dilution des ions H30O Aides au calcul log 8 0 9 log 5 0 7 10 2 5 x 10 1 4 L eau tant toujours plus ou moins calcaire elle contient des ions hydrog nocarbonate HCO aq dont il faut tenir compte Les ions H O introduits vont en effet r agir avec ces ions Donn es couples acido basique CO H20 HCO3 H30 H 0 1 4 1 Ecrire l quation bilan de la r action quasi totale mod lisant cette transformation 1 4 2 Quelle variation de pH cette r action entraine t elle Justifier 2 tude de la formation des ions ammonium Doc1 Le cycle de l ur e ou cycle de l ornithine est un cycle de r actions biochimiques chez divers animaux qui produisent de l ur e partir de l ammoniac provenant de la d gradation terminale de trois acides amin s l arginine la citrulline et l ornithine L ur e est limin e par l urine D apr s wikip dia NH NH CO a Citrulline N Ornithine Arginine Urea A J L ornithine p PASNE sis NH2
7. BACCALAUREAT BLANC Session de Mars 2015 PHYSIQUE CHIMIE S rie S enseignement Obligatoire DUR E DE L PREUVE 3 h 30 COEFFICIENT 6 L usage des calculatrices est interdit po000000y Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont ind pendants les uns des autres sur trois copies s par es Exercice l A propos des satellites 8 points Exercice ll Eau d un aquarium et sant des poissons 8 points Exercice lll La communication chez les baleines 4 points Page 1 EXERCICE I A propos des satellites 8 points Les parties 1 2 3 et 4 de cet exercice sont ind pendantes Document 1 Satellites G ostationnaires Le centre spatial de Kourou a lanc le 21 d cembre 2005 avec une fus e Ariane 5 un satellite de m t orologie de seconde g n ration baptis MSG 2 Tout comme ses pr d cesseurs il est plac sur une orbite g ostationnaire 36000 km d altitude Op rationnel depuis juillet 2006 il porte maintenant le nom de M t osat 9 Les satellites de seconde g n ration sont actuellement les plus performants au monde dans le domaine de l imagerie m t orologique Ils assureront jusqu en 2018 la fourniture de donn es m t orologiques climatiques et environnementales D apr s plusieurs sites Internet Document 2 Satellites GPS Le GPS Global Positionning System a t d velopp par le d partement de la d fense am ricaine en 1978 Il a t rendu accessible au pub
8. LA COPIE 2 2 2 En d duire la relation chaque instant entre la concentration en ions NH aq en solution et l avancement de la r action 2 2 3 Calculer l avancement maximal Xmax On peut ainsi repr senter l volution de l avancement de la r action en fonction du temps voir figure 2 EN ANNEXE RENDRE AGRAF E LA COPIE 2 4 En poursuivant l exp rience pendant une dur e suffisante on obtient une concentration finale NH 2 0 x 10 mol Cette transformation est elle totale 2 5 Dans l aquarium la valeur de la temp rature est seulement de 27 Tracer sur la figure 2 EN ANNEXE RENDRE AGRAF E AVEC LA COPIE l allure de la courbe pr c dente cette temp rature 2 6 Les ions ammonium finissent par se transformer en ions nitrate dont l accumulation risque de compromettre la vie des poissons Ces derniers ions constituent un aliment essentiel pour les plantes vertes de l aquarium Expliquer pourquoi dans les livres d aquariophilie on dit que l aquarium doit tre bien plant Page 8 EXERCICE III La communication chez les baleines 4 points Jeux ruts combats ou fuites les baleines communiquent par leurs chants Sans cordes vocales elles mettent des sons par leur larynx et leur vent Ces messages peuvent pour les grandes esp ces tre per us plusieurs centaines de kilom tres Pour communiquer entre elles deux baleines doivent non seulement se trouver une certaine profon
9. deur dans un couloir d une hauteur de quelques centaines de m tres mais aussi une certaine distance l une de l autre partir des documents et de vos connaissances valuer 1 la profondeur du couloir de communication 2 la distance maximale entre deux baleines pour qu elles puissent communiquer L ensemble de l argumentation et des calculs doivent apparaitre de mani re d taill e Document 1 LE SOFAR SOund Fixing And Ranging un guide d ondes sonores Dans les oc ans et dans certaines conditions une onde sonore qui se dirige vers le haut est ramen e vers le bas d s qu elle parvient dans les couches sup rieures o la vitesse du son est plus grande l inverse elle est ramen e vers le haut quand elle se dirige vers le bas d s qu elle y rencontre des couches inf rieures o la vitesse du son est sup rieure Quand une zone respecte ces crit res on parle de SOFAR Ce couloir SOFAR agit comme un guide d ondes sonores comme illustr ci dessous gt a M M Illustration du traiet du son dans un SOFAR a w n E i 3 a D O amp Vitesse du son m s Page 9 Document 3 La voix et l oreille des mammif res marins Les c tac s produisent des missions sonores dans une tr s large bande de fr quence entre 10 Hz et 150 kHz environ Les sons produits peuvent tre de type bref clics tics bourdons ou continu sifflements chants mugissements Quel
10. elle pr sente une r partition de masse sym trie sph rique On assimile par ailleurs le satellite son centre d inertie S L tude de son mouvement se fait dans un r f rentiel g ocentrique suppos galil en Donn es Masse de la Terre Mr 6 0 x 10 kg Rayon de la Terre Ry 6 4 x 10 km Constante de gravitation universelle G 6 67 x 107 kg m s Page 3 Partie 2 Mise en orbite basse du satellite La mise en orbite compl te du satellite MSG 2 de masse m 2 0 x 10 kg s accomplit en deux tapes Dans un premier temps il est plac sur une orbite circulaire vitesse constante vs basse altitude h autour de la Terre et il n est soumis qu la force gravitationnelle exerc e par la Terre gt gt gt On choisit un rep re S t n dans lequel t est un vecteur unitaire tangent la trajectoire dans le sens du gt mouvement et n un vecteur unitaire perpendiculaire la trajectoire orient vers le centre de la Terre 2 1 Donner l expression vectorielle de la force gravitationnelle F4 exerc e par la Terre sur le satellite en fonction des donn es 2 2 En appliquant une loi de Newton trouver l expression du vecteur acc l ration N du centre d inertie du satellite 2 3 Sans souci d chelle repr senter sur un sch ma un instant de date t quelconque la Terre le gt gt gt satellite le rep re S t n ainsi que le vecteur acc l ration a 2 4 D terminer l expression de
11. entre d inertie avec v v j v j n gt y valeur de la position de son centre d inertie avec OG y j Donn es Masse totale de la fus e M 1 0 10 kg Force de pouss e F 1 30 10 N Intensit de pesanteur g 10 m s 1 1 Cas id al Dans ce cas on supposera que seuls le poids P et la force de pouss e F agissent sur la fus e Pendant la dur e de fonctionnement on admettra que la masse de la fus e reste constante 1 1 1 Sans faire de calcul repr senter ces forces sur un sch ma pendant le d collage 1 1 2 En appliquant une loi de Newton au syst me fus e trouver l expression litt rale de la valeur a de l acc l ration d s que la fus e a quitt le sol 1 1 3 Calculer la valeur de cette acc l ration a 1 1 4 Pendant le lancement on suppose que la valeur de l acc l ration reste constante D terminer l quation horaire de la valeur v t de la vitesse 1 1 5 En d duire l quation horaire de la valeur y t de la position 1 1 6 La trajectoire ascensionnelle de la fus e reste verticale jusqu la date t 10 05 Quelle distance la fus e a t elle parcourue depuis son d collage 1 2 Cas r el Au cours de ce lancement Ariane 5 a en fait parcouru un peu moins de 140 m pendant les 10 premi res secondes Citer un ph nom ne permettant d interpr ter cette donn e Dans la suite de l exercice on suppose que la Terre est une sph re de centre T de masse Mz de rayon Rr et qu
12. lic en 1985 Il permet le positionnement pr cis de n importe quel lieu quelque soit l heure et les conditions m t orologiques Les signaux proviennent de 30 satellites artificiels voluant une altitude de 20 200 km et mettant des ondes lectromagn tiques de fr quence 1 6 GHz Le Conseil des Transports de l Union europ enne a lanc en 1999 en association avec l Agence Spatiale Europ enne le projet Galileo qui doublera le syst me am ricain partir de 2014 50m tournez gauche Pour se permettre de donner des ordres aussi pr cis le syst me GPS doit tre capable de positionner la voiture avec une pr cision de l ordre du m tre Pour augmenter la pr cision du positionnement GPS il faut optimiser la pr cision des mesures temporelles Un satellite GPS envoie tr s r guli rement un signal lectromagn tique indiquant l heure de l mission du signal de mani re tr s pr cise ainsi que des informations sur la position du satellite Le r cepteur n a plus qu comparer l heure de r ception celle de l mission pour calculer le temps de parcours du signal et en d duire la distance le s parant du satellite Pour que cela soit possible il faut que les deux horloges soient synchronis es un d calage de 1 microseconde entre deux horloges entra ne une erreur sur le positionnement de l ordre de 300 m Les horloges embarqu es dans les satellites GPS sont des horloges atomiques la pr cision des mesures exig es et
13. ques missions sonores de c tac s R Niveau d intensit Fr quence moyenne nn pue E sonore moyen Seuil d audibilit d mission a l mission Baleine chant 4000 Hz Grand dauphin clics 120 kHz Le seuil d audibilit correspond au niveau d intensit sonore minimal perceptible par l animal Document 4 Absorption acoustique de l eau de mer So do o E x e 3 c 2 8 0 lt 8000 10000 12000 Fr quence Hz Page 10 ANNEXE RENDRE AGRAF E LA COPIE 2 tude de la formation des ions ammonium Tableau d volution du syst me chimique NH CO aq NH aq OCN aq tat dr on bus de ss mol ER en cours Z X d volution Etat final en supposant la transformation totale Figure 2 Cin tique de la d composition de l ur e Avancement x en mol 0 0020 fi de fra Ms SAS Eh Le nes xl 0 0018 0 0016 0 0014 0 0012 L 0 0010 0 0008 0 0006 0 0004 0 0002 0 gt min 300 D cri a D O gt on M ho on en Page 11
14. tu e sur Terre donne 4t Atm 8 32 x 107115 V rifiez la coh rence de la phrase en italique la fin du document 2 vous raisonnerez sur les ordres de grandeurs Aides au calcul 3600 12x10 ebx 1 5 x 10 24 x 3600 8 6 x 10 24 24 x3600 3600 Page 5 EXERCICE Il Eau d un aquarium et sant des poissons 8 points L aquariophilie est une passion qui touche de plus en plus d amateurs mais aussi de n ophytes De nombreux facteurs peuvent contribuer un d s quilibre dangereux pour la vie et la sant des poissons Il est donc n cessaire de contr ler r guli rement la qualit de l eau Le pH de l eau est la premi re grandeur qu il faut mesurer au moins une fois par semaine et ajuster ventuellement En effet certains poissons ne peuvent voluer que dans un milieu acide c est le cas des poissons d Amazonie comme les N ons ou les T tras d autres dans un milieu basique c est le cas des poissons d Am rique Centrale comme les Platy et les Molly Aucun de ces poissons ne tol re une trop forte teneur en ions ammonium NH ou en ions nitrite NO le cycle de l azote doit donc tre surveill en vitant soigneusement la surpopulation de l aquarium et l exc s de nourriture D apr s Poissons et aquariums dition Larousse L exercice suivant est destin pr ciser certains points de ce texte On tudie d abord un produit commercial utilis pour diminuer le pH de l eau de l aquarium
Download Pdf Manuals
Related Search