Examen Blanc N° 2 - Le site de Christian Beche

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PREMIÈRE S
EXAMEN BLANC N° 2
Physique - Chimie
Avril 2011
Durée : 3 h 00
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 7 points.
C H I M I E
O R G A N I Q U E
-1
-1
On donne : Masses molaires atomiques : C = 12,0 g.mol ; H = 1,00 ; O = 16,0 g.mol .
Un hydrocarbure A, extrait d’une coupe de distillation fractionnée de pétrole brut, est saturé et ramifié.
Sa composition centésimale massique en hydrogène est de 15,8%.
A est traité par craquage catalytique. On obtient un alcane B, ramifié avec deux groupes méthyle, et un alcène C,
possédant trois atomes de carbone. En substituant un hydrogène par un groupe « amino », on transforme l’alcane B en une
amine primaire, notée D. L’alcène C est traité par de la vapeur d’eau. Son hydratation conduit à un mélange de deux
monoalcools E et F ; le monoalcool E est celui de classe la moins élevée.
Les monoalcools E et F subissent une oxydation ménagée, en présence d’une solution acidifiée de permanganate de
potassium en excès. On obtient respectivement les produits E’ et F’.
La polymérisation par polyaddition de C conduit à un composé macromoléculaire P de masse molaire moléculaire :
-1
MP = 350 kg.mol .
1. 1.1. Déterminer la formule brute de l’hydrocarbure A.
1.2. Déterminer une valeur numérique de sa densité de vapeur. Commenter le résultat.
2. 2.1. Écrire l’équation chimique modélisant la réaction de craquage catalytique de A.
2.2. Donner les représentations de Cram possibles pour les hydrocarbures B et C. Nommer chaque composé.
2.3. Proposer une formule topologique et un nom pour l’hydrocarbure A.
3. 3.1. Donner le nom du produit D.
3.2. Donner la représentation de Cram de la molécule D.
4. 4.1. Donner les formules topologiques et les noms des produits E et F.
4.2. Donner les formules topologiques et les noms des produits E’ et F’. Justifier la réponse.
4.3. Comment peut-on identifier expérimentalement le groupe caractéristique de E’ en solution aqueuse ?
Préciser les observations attendues.
4.4. Comment peut-on identifier expérimentalement le groupe caractéristique de F’ en solution aqueuse ?
Préciser les observations attendues.
5. Établir, en utilisant des formules semi-développées, l’équation chimique modélisant la réaction d’oxydation ménagée
2+
–
de E. Le couple oxydant / réducteur dans la solution oxydante de permanganate est : MnO4 (aq) / Mn (aq).
6. 6.1. Écrire, en utilisant des formules développées, l’équation chimique modélisant la réaction de polymérisation de C.
6.2. Quel nom peut-on donner au polymère P obtenu ?
6.3. Déterminer son degré de polymérisation.
II ] PHYSIQUE :
sur 4,5 points. M O U V E M E N T S D ’ U N E A U T O M O B I L E
On étudie le mouvement du centre d’inertie G d’un véhicule automobile, supposé ponctuel.
-2
Sa masse est : M = 0,600 tonne. On prendra : g = 9,81 m.s .
1. Démarrage de G.
Pour démarrer le véhicule, initialement au repos sur une voie parfaitement horizontale, le conducteur se fait aider par
son passager. Ce dernier pousse d’abord le véhicule sur une distance d1 = 10,0 m ; il se fait ensuite épauler par un
passant, et ils poussent ainsi à deux le véhicule sur une distance d2 = 5,00 m. Chaque individu exerce une poussée
horizontale de valeur constante F = 50,0 N. Les frottements s’exerçant sur le véhicule ont, pendant cette phase du
mouvement, le même effet qu’une force horizontale f 1 d’intensité f1 = 40,0 N.
1.1. Quelle est la valeur V1 de la vitesse acquise par G à l’issue de cette poussée ?
... / ...
1.2. Dès que le véhicule atteint la vitesse V1, le conducteur embraye instantanément. Le moteur agit alors comme
une force de freinage f 2 , de valeur f2. Après d3 = 2,00 m de parcours sur la voie horizontale, la vitesse de G,
-1
soumis encore aux frottements f 1 , n’est plus que : V2 = 0,500 m.s . Exprimer en fonction des données, puis
calculer numériquement, la valeur du travail mécanique de la force f 2.
2. Descente de G.
Le véhicule précédent aborde à présent une descente rectiligne à 5,00% (sin α = 5,00%). La valeur V de sa vitesse
V est constante, et il subit, entre autres, deux actions colinéaires à V :
l’action F t de traction des roues motrices, dont la puissance mécanique est estimée à 5,00 kW ;
l’action f résultante des forces de frottements divers, d’intensité : f = 800 N.
2.1. Faire l’inventaire des forces appliquées à G et les représenter sur un schéma.
2.2. Quelle relation peut-on écrire entre les travaux mécaniques des actions subies par G sur une durée ∆t ?
2.3. En déduire une relation entre les puissances mécaniques correspondantes.
2.4. Calculer une valeur numérique de V.
2.5. En utilisant la première loi de Newton, que l’on énoncera, montrer que l’on peut calculer une valeur de l’intensité
Ft de la force F t, sans utiliser la donnée de sa puissance mécanique.
3. G décrit un profil circulaire.
O
Le véhicule précédent décrit enfin en « roue libre » un profil de
route ABC.
La partie AB a la forme d’un arc de cercle (OA = OB = R = 150 m)
= β = 50,0°.
tel que l’angle AOB
A
La partie BC est horizontale et : BC = 500 m.
B
C
La vitesse de G en A est nulle.
3.1. Si l’on néglige tout frottement, quelle sera la vitesse de G à son arrivée en C ?
3.2. En réalité, G s’arrête en C. Quelle est l’intensité f2 de la force de frottement f 2, supposée constante et toujours
de sens opposé au vecteur vitesse de G, qui provoque cette situation ?
III ] PHYSIQUE :
sur 4,5 points.
LE
SAUT
À
L’ÉLASTIQUE
« Le saut à l'élastique est autorisé et réglementé depuis novembre 1989. Cette
activité se pratique essentiellement à partir d'un pont ou de la flèche d'une grue. Le
sauteur s'élance dans le vide avec un élastique fixé à un baudrier. Les hauteurs de saut
s'échelonnent de quelques dizaines de mètres (pont de la rivière de l'Est à la Réunion : 45
m, Pont de Bézergue dans le Sud-Ouest : 60 m, ...), jusqu'à 182 m pour le pont de
l'Artuby, dans les gorges du Verdon, le plus haut d'Europe. La chute est d'abord
pratiquement libre (la résistance de l'air peut être négligée) et le sauteur atteint rapidement
une grande vitesse. Puis l'élastique se tend progressivement et le sauteur, bras tendus
verticalement, frôle alors le sol avant de remonter. Il se retrouve ensuite encore
rapidement en chute libre (mais vers le haut !), puis redescend ... et se stabilise après
quelques oscillations.
Caractéristiques de l’élastique.
C1 Il existe trois types d'élastiques selon les poids des sauteurs :
type P : poids de 400 N à 700 N ;
type M : poids de 550 N à 950 N ;
type G : poids de 850 N à 1 300 N.
C2 Longueur au repos des élastiques.
De 0,500 m à 50,0 m pour des sites de saut de 4,00 m à 250 m.
Ainsi pour les sauts du pont de l'Artuby, l'élastique mesure 30,0 m et s'allonge d’environ cinq fois sa longueur, accumulant
ainsi une énergie dite « potentielle élastique ». Il est fait de 1 000 fils ronds de latex naturel. On rajoute une annexe de 400
fils pour un sauteur de masse supérieure à 100 kg. L'élastique n'est utilisé que pour 150 sauts.
Sécurité.
Le matériel est vérifié régulièrement par des organismes spécialisés. Les équipements sont agréés, testés en laboratoire et
fabriqués spécifiquement pour le saut en élastique. D'autres mesures draconiennes s'appliquent à la totalité de l'équipement des
sauteurs ou au processus de saut. Le matériel est fabriqué selon des normes strictes et sévères. ».
1. Aspect qualitatif.
On assimile le sauteur à son centre d’inertie G et on néglige la masse de l’élastique.
1.1. Quelle est la longueur de l'élastique pour les sauts du pont de l'Artuby ?
1.2. Décomposer le saut en différentes phases en indiquant les échanges énergétiques se produisant dans chacune
d'elles pour le système {G + élastique}.
1.3. Dans quelle partie de la phase ascendante le sauteur est-il encore en chute libre ? Pourquoi ?
1.4. Dans quelles parties du saut la somme des énergies (Ec + Epp) est-elle constante ? Pourquoi ?
.../ p. 3
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2. Aspect quantitatif.
Un sauteur, assimilé à son centre d’inertie G, saute du pont de l'Arturby. Sa masse est égale à 82,0 kg et sa taille,
bras tendus verticalement, est évaluée à 2,00 m. L'origine des énergies potentielles de pesanteur est prise au fond du ravin.
-2
On prendra : g = 9,81 m.s .
2.1. Quel type d'élastique doit-il choisir ?
2.2. Quelle est la valeur de son énergie potentielle de pesanteur à l'instant où il s'élance dans le vide ?
2.3. Lorsque l'élastique commence à se tendre, calculer :
2.3.1. l’énergie potentielle de pesanteur du sauteur ;
2.3.2. la variation d'énergie potentielle de pesanteur qu’il a subie.
2.3.3. En déduire, à cet instant, la valeur de la vitesse du sauteur,
-1
exprimée en km.h .
2.4. Lorsque l’élastique est tendu au maximum, le sauteur peut effleurer,
bras tendus verticalement, la surface de l’eau de l’Artuby.
2.4.1. Quelle est alors la longueur de l'élastique ?
2.4.2. Quelle est à cet instant la valeur de l'énergie potentielle de
pesanteur de G ?
2.4.3. Quelle est la valeur de son énergie cinétique ?
2.4.4. Quelle est la valeur maximale de la variation de « l’énergie
potentielle élastique » de l’élastique ?