Devoir seconde n°3

Devoir seconde n°3
Données :
8
vitesse de la lumière dans le vide: 3.10 m/s
L'année lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année
I Faire une phrase pour définir ce qu'est :
1° une espèce chimique synthétique.
2° une espèce chimique naturelle
II Analyse d’un chromatogramme
On réalise, sur un support donné et avec un éluant approprié, la
chromatographie
des
espèces
chimiques
suivantes :
acide
salicylique (S), acide benzoïque (B), acide acétylsalicylique (A) et
d’un mélange (M) des trois. Le chromatogramme alors obtenu est
l’un des trois représentés ci-dessous.
1° Identifier le bon chromatogramme en justifiant le choix.
2° Rappeler ce qu’est le rapport frontal. (On pourra faire un schéma en indiquant les différentes grandeurs
qui interviennent dans la formule)
3° Calculer le rapport frontal dans le cas de l’acide benzoïque.
III On désire estimer la durée d'un voyage interstellaire.
13
1° Sirius l'étoile la plus brillante du ciel se trouve à 8,13.10 km de la Terre. Déterminer, en secondes puis en
années, le temps nécessaire pour la rejoindre à l'aide d'une fusée dont la vitesse serait de 80 km/s.
2° Calculer en années-lumière la distance qui sépare la Terre de Sirius.
3° Le capitaine Samantha Carter de l’équipe SG1 a construit un vaisseau spatial dont la vitesse est égale à la moitié
de la vitesse de la lumière dans le vide. En combien de temps en tel vaisseau pourrait-il atteindre Sirius ?
IV Clémence assiste à un match de rugby du haut des tribunes. Son joueur préféré lui apparaît bien petit,
tout en bas, sur la pelouse ! Avec un double décimètre tenu à bout de bras, Clémence estime sa dimension
apparente à 3,0 cm.
1° Faire un schéma de la situation.
2° Évaluer la distance qui sépare Clémence du joueur.
3° Déterminer le diamètre apparent sous lequel Clémence voit le joueur
Fiches signalétiques :
Taille (en mètres)
Longueur du bras (en cm)
Caractéristiques
Clémence
Le joueur
1,60
1,85
60
70
Lycéenne
talonneur
V Un rayon lumineux monochromatique arrive sur une vitre faite de verre d’indice n = 1,5 et d’une certaine
épaisseur
e = 5mm. L’angle d’incidence est i = 30°.
1° Refaire le schéma en agrandissement dix fois l’épaisseur du verre.
2° Calculer l’angle de réfraction r du rayon dans le verre puis tracer ce rayon et indiquer
les angles i et r.
air
i
Verre
n=1,5
3° Rappeler la définition d’un dioptre.
4° Sous quel angle r’ le rayon lumineux ressort-il de la vitre? Tracer ce rayon.
5° Comparer la direction du rayon qui arrive sur la vitre et celle de celui qui en sort.
Cela dépend-il de la valeur de n ?
6° La vitre est-elle un système dispersif ? Justifier en effectuant une comparaison avec le prisme.
7° Combien de temps la lumière met-elle à traverser la vitre ?
e = 5mm
air
VI Les ondes électromagnétiques ne sont visibles pour l’œil humain que dans un certain domaine de
longueurs d’onde.
Préciser ce domaine. Exprimer ces longueurs d’onde en nm, en µm, en m et en km.
"Il est plus difficile de désagréger un préjugé qu’un atome »
Albert Einstein.
Correction devoir seconde n°3 (novembre 2005)
I (2pt)
Une espèce chimique synthétique est une espèce fabriquée par l’homme.
Une espèce chimique naturelle est une espèce qui existe dans la nature.
II 1° (1pt)Le chromatogramme correct est le n° II. Le mélange est bien constitué de 3 espèces chimiques
puisque l’on y observe 3 taches. Les 3 taches sont au même niveau que celles des espèces chimiques pures
dont elles sont constituées.
2° (1pt) Rf = h/H
h : distance de migration des espèces chimiques
H : Distance de migration du solvant depuis la ligne de départ des espèces chimique jusqu’au front du
solvant.
3° (1pt) Rf = 1,7/2,6 = 0,65
13
12
III 1° (2pt) v = d/t donc t = d/v d’où t = 8,13.10 /80 t = 1,04.10 s = 33000 ans
8
15
2° (1pt) La lumière parcourt en 1 an 3.10 .365.24.3600 = 9,4.10 m = 9,4.10
13
12
soit 8,13.10 /9,4.10
12
km
= 8,8 années lumière
3° (1pt) La vitesse du vaisseau est 2 fois moins élevée que celle de la lumière donc le temps de parcourt est
8
deux fois plus importante soit 17,6 années soit 5,42.10 s.
D
IV 1° (1pt)
B
O
2° (1pt)On applique le théorème de
oeil de Clémence
Thales : OC/OA = CD/AB
OC = CD.OA/AB
C
A
règle
joueur
OC = 1,85.0,6/0,03
d’où OC = 37 m
Le joueur est à 37m de Clémence
3° (1pt) tan(α) = AB/OA où bien tan(α) = CD/OC
d’où tan(α) = 0,05
En faisant l’inverse tangente on trouve α = 0,05 radian où bien α = 2,86°
V 2° (1pt) La réfraction est une réfraction air verre avec un angle
incident de 30°
nair.sin(i) = nverre.sin(r)
air
d’où sin(30°) = 1,5.sin(r)
d’où r = 20°
3° (1pt) Un dioptre est la surface de séparation entre deux milieu
Verre
air
n=1,5
i
normal
transparents d’indices différents.
normal
4°(1pt) La réfraction est une réfraction verre air avec un angle
d’incidence de 20°
nverre.sin(i’) = nair.sin(r’)
d’où 1,5.sin(20°) = sin(r’)
d’où
r’ = 30°
5°(1pt) Le rayon ressort avec le même angle que celui avec lequel il était rentré dans la vitre c’est à dire
30°.
Le rayon n’est pas dévié mais décalé.
Si l’on observe les calculs, celui pour calculer la deuxième réfraction est le même que celui pour calculer la
première réfraction mais les valeurs sont inversées. Il est donc logique de retrouver la même valeur que
celle de l’angle de départ. Si l’on change la valeur de n cela ne changera rien au résultat final. La valeur de
r’ ne dépend donc pas de n.
6° (1pt) La vitre n’est pas un système dispersif puisque le résultat final ne dépend pas de n et donc ne
dépendra pas de la longueur d’onde du rayonnement. Toutes les radiations lumineuses qui arrivent avec le
même angle d’incidence ressortent avec le même angle de la vitre et ce quel que soit la longueur d’onde.
Lorsque l’on regarde à travers une vitre, la lumière ne se décompose pas.
7° (1pt) La vitesse de la lumière dans ce verre est 1,5 fois moins importante que dans le vide
8
8
soit une vitesse de 3 .10 /1,5 = 2.10 m/s
vitesse = distance/temps donc temps = distance/vitesse
-3
8
temps = 5.10 /2.10
temps = 2,5.10
-11
s
VI (2pt) Le visible se situe pour des longueurs d’onde qui sont comprises entre 400 et 800 nanomètres
environ.
soit entre 0,4 et 0,8µm
-7
-7
soit entre 4.10 et 8.10 m
soit entre 4.10
-10
et 8.10
-10
km