Dst 21 mai 2012

1ère S
DST de Sciences Physiques
L'usage de la calculatrice est autorisé
21 mai 2012
durée : 3 h
Exercice 1
Champs électrostatique et gravitationnel
(4 points)
1. On considère le champ électrostatique E créé entre les armatures d'un condensateur
plan soumis à une tension électrique. Faire le schéma du condensateur en disposant les
armatures horizontalement et représenter le champ électrostatique en deux points
quelconques.
2. Déterminer la valeur E du champ électrostatique sachant qu'une particule portant une
charge électrique q = - 10 µC subit une force de valeur F = 1.10-2 N.
3. Quelle doit être la distance entre les armatures si le condensateur est chargé sous une
tension électrique U = 100 V ?
4. La particule a une masse m = 0,1 g, calculer son poids en considérant qu'il est confondu
avec la force gravitationnelle terrestre (le dispositif se trouve à la surface de la Terre).
5. En conservant l'orientation choisie à la question 1. pour la représentation de E , dire si la
particule est immobile, ou en mouvement. Justifier la réponse.
Données : Masse de la Terre MT = 5,98.1024 kg, rayon de la Terre RT = 6,38.103 km.
Constante de gravitation universelle : G = 6,67.10-11 unité SI.
Préparation d'un thé
(3 points)
Exercice 2
Pour préparer un thé vert à la menthe, on souhaite faire bouillir un volume V = 0,25 L d'eau
dans une théière en fonte.
Le gaz de ville, principalement constitué de méthane, est le combustible utilisé. L'énergie
thermique libérée par la combustion d'une masse m gaz de gaz sert à chauffer l'eau et la
théière. On a la relation suivante : m gaz × E thermique = (m eau × c eau + C théière).(θ
θ f – θ i).
1. Déterminer la masse m eau d'eau à chauffer.
2. Déterminer la masse minimale m gaz de gaz nécessaire, lorsque l'on porte l'eau de la
température θ i = 20 °C à la température θ f = 85 °C.
Données : ρ eau = 1,0 kg.L-1 ; E thermique = 55,6 kJ.g-1 ; c eau = 4,18 J.g-1.°C-1 ; C théière = 750 J.°C-1.
Exercice 3
Consommation d'un véhicule
(6 points)
Sur la fiche technique d'une voiture à essence, on peut lire : Consommation aux 100 km :
8,2 L.
On considère l'essence comme un mélange d'isomères de l'octane, de masse volumique
ρ = 0,76 g.mL-1.
1. Donner la formule brute de l'octane sachant que sa chaîne carbonée contient 8 atomes de
carbone. Donner les formules semi-développées de l'octane linéaire et d'un de ses isomères.
2. Écrire l'équation de combustion complète de l'octane gazeux sachant qu'il se forme du
dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O).
3. Quelle quantité de matière d'octane est nécessaire pour réaliser un trajet de 100 km ?
4. Construire le tableau d'avancement de la réaction de combustion de l'octane et en
déduire la quantité de matière de dioxyde de carbone produite sur ce trajet.
5. Un « malus écologique » est appliqué à un véhicule dont l'émission moyenne de CO2 est
supérieure à 150 g.km-1. Calculer l'émission en g.km-1 du véhicule sur ce trajet et conclure.
Rebonds d'une balle de tennis
(7 points)
Exercice 4
Le graphe donné en annexe (à remettre avec la copie) représente l'énergie potentielle de
pesanteur d'une balle de tennis de masse m = 57 g lâchée sans vitesse initiale d'une hauteur
z0 au-dessus du sol.
1. À quelle date la balle touche-t-elle le sol pour la première fois ? Justifier que le niveau
de référence de l'énergie potentielle de pesanteur est le niveau du sol.
2. Donner l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur et déterminer à partir de la
courbe, l'altitude initiale z0 de la balle.
3. À quelle date t1 la balle atteint-elle son altitude maximale après le premier rebond ?
Calculer l'altitude z1 correspondante.
La balle est-elle conforme aux spécifications selon lesquelles « le rebond de la balle tombant
d'une hauteur de 254,00 cm sur une surface plane et dure (en béton par exemple) doit être
au minimum de 134,62 cm et inférieur à 147,32 cm » ?
4. En supposant les frottements négligeables lorsque la balle est en l'air, déterminer
l'énergie mécanique E0 de la balle avant son premier rebond.
5. Donner l'expression de l'énergie cinétique de la balle.
Que vaut cette énergie à la date t1 ? En déduire la valeur de l'énergie mécanique E1 de la
balle entre son premier et son deuxième rebond.
6. Quelle proportion de l'énergie mécanique a été perdue lors du rebond ? Sous quelle
forme ?
7. Sur le graphe donné en annexe, tracer l'allure des courbes représentant l'énergie
mécanique et l'énergie cinétique de la balle lors de son mouvement.
Donnée : g = 9,81 N.kg-1.
Annexe à remettre avec la copie
Classe :
Nom :