Correction du bac blanc

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1 Correction du bac blanc Exercice n 1 : PARIE A : Étude du satellite ubble 1. Intérêt du satellite 1.1. La partie visible du spectre électromagnétique s étend, en longueurs d onde, de 400 nm à 800 nm. 1.. Comme le montre le document, l atmosphère terrestre absorbe une partie des rayonnements électromagnétiques issus de l espace. Le télescope ubble situé au-dessus de l atmosphère terrestre n est pas gêné pour observer l espace Les étoiles très chaudes comme le soleil émettent un rayonnement situé majoritairement dans le domaine des ultra-violets.. Mouvement du satellite.1. Force d interaction gravitationnelle F / exercée par la erre sur le satellite Figure 1 : erre F / R Altitude h..1. Deuxième loi de Kepler Le rayon vecteur allant du centre de la erre au centre du satellite balaye des surfaces égales pendant des intervalles de temps égaux. 1 Les aires S1 et S sont égales.... Pendant la durée Δt, le satellite parcourt l arc v1 = 1 1 t 1 1 à la vitesse v1 Pendant cette même durée, le satellite parcourt l arc v = t S erre 1 à la vitesse v S1 1 1

2 D après la deuxième loi de Kepler les aires S1 et S sont égales alors les arcs Donc v1 = v, le mouvement du satellite est uniforme. La trajectoire du satellite est un cercle, le mouvement est circulaire. 1 1 et sont égaux..3. Le système {satellite} de masse m étudié dans le référentiel géocentrique considéré galiléen n est soumis qu à l attraction gravitationnelle de la erre. D après la deuxième loi de Newton : F / = m. a Mm. G.. n = m. a ( R h) M a = G.. n ( R h) avec n vecteur unitaire n

3 v.4. Pour un mouvement circulaire et uniforme, on a a. n avec r = R + h r M v M Alors G. = G. v ( R h) R h R h M On retrouve l expression proposée : v G. R. h.5. D après le document 1, le satellite ubble parcourt une circonférence de d = km en une durée de Δt = 100 minutes. v = d 4000 v = = 7,00 km.s -1 t Ce résultat est compatible avec la donnée v = m.s -1 = 7 km.s -1. PARIE B : Edwin ubble et l expansion de l Univers 3.1. L extrait du spectre d émission de la galaxie NGC 367 montre que la raie d hydrogène de la galaxie possède une plus grande longueur d onde que celle obtenue au laboratoire (donc immobile). La longueur d onde est décalée vers le rouge, la galaxie s éloigne de la erre. 3.. ubble mesure les vitesses d éloignement des galaxies à l aide de l effet Doppler. Il obtient le graphique de la vitesse d éloignement en fonction de la distance erre-galaxie. Il constate que ce graphe ressemble à une droite passant par l origine, qui peut être modélisée par une fonction linéaire du type v = k.d ubble a établi sa loi en observant des galaxies situées à des distances inférieures à Mpc. Le document 5 montre une droite passant par l origine, on en déduit que la loi de ubble reste valable pour des galaxies très éloignées. B On peut déterminer la valeur actuelle de la constante de ubble avec le point B B (D = 400 Mpc ; v = km.s -1 ). 0 = v d 0 = = 50 4 = 6 km.s-1.mpc -1 Exercice n : 1. Étude de la structure du saccharose 1.1. C O Un carbone asymétrique est un carbone relié à quatre atomes ou groupes d atomes différents. * O C * C O

4 Le D-glucose possède 4 atomes de carbone asymétriques repérés par un astérisque *. 1. Groupe carbonyle et groupe hydroxyle 1.3. Le spectre infrarouge présente deux pics l un vers 900 cm -1, caractéristique des liaisons C- ; l autre vers 3300 cm -1, caractéristique des liaisons O- liées. On note surtout l absence d un pic d absorption entre 1650 et 1750 cm -1 caractéristique du groupement carbonyle C=O présent dans la forme linéaire du D-glucose. Le D-glucose est donc soit absent, soit présent en très petite quantité, il est donc bien minoritaire Des stéréoisomères possèdent la même formule semi-développée, or ici le groupement carbonyle C=O du D-Glucose est sur le premier atome de carbone alors que dans D-Fructose il se trouve sur le deuxième atome de carbone. Ces deux molécules ne sont pas des stéréoisomères On observe les configurations spatiales des atomes de carbone asymétriques porteurs de l atome d oxygène reliant les deux parties de la molécule de saccharose et on les compare à celles des formes cycliques. On voit que le saccharose est formé à partir du -(D)-Glucose et du -(D)-fructofuranose Le saccharose possède plusieurs groupements hydroxyle O. Or l atome d oxygène possède une plus grande électronégativité que celui d hydrogène, dès lors l atome O est porteur d une charge partielle négative δ et l atome d hydrogène est porteur d une charge partielle positive δ +. La liaison O est polarisée. Les groupes O vont pouvoir former des liaisons hydrogène avec les molécules d eau ce qui explique la grande solubilité du saccharose L acide utilisé lors de l hydrolyse n apparaît pas dans l équation de la réaction. On peut faire l hypothèse qu il s agit d un catalyseur (régénéré au cours de la réaction). Pour tester cette hypothèse, on peut effectuer la même expérience sans acide et comparer les temps de demi-réaction (ou les durées de réaction) avec acide Au cours d une chromatographie, une espèce chimique migre toujours à la même hauteur (avec le même éluant et la même plaque).

5 Avant l hydrolyse : A seul le saccharose est présent. Au cours de l hydrolyse : B Il reste du saccharose non consommé, il s est formé du glucose et du fructose. Après hydrolyse complète : C L eau étant introduite en excès et la transformation étant totale, il ne reste plus de saccharose. Seuls sont présents les produits formés (glucose et fructose).. Du saccharose au bioéthanol.1. éthanol C3 C O.. Les deux spectres présentent trois signaux, il faut regarder la multiplicité des signaux pour déterminer quel spectre appartient à l éthanol. Le spectre de l éthanol contient un singulet provenant du proton du groupement hydroxyle. Les trois protons du groupement C3- ont deux atomes d hydrogène sur l atome de carbone voisin et donnent un triplet. Les deux protons centraux -C- ont trois plus proches voisins et donnent un quadruplet. Seul le spectre possède un singulet, un triplet et un quadruplet, c est donc le spectre de l éthanol..3. D après l équation de la réaction supposée totale, la consommation d une mole de saccharose C1O11 conduit à la formation de quatre moles d éthanol. ne On peut traduire cela par ns = ou encore ne = 4 ns où ne représente la quantité de matière d éthanol obtenue par fermentation. 4 On commence par exprimer la masse ms de saccharose présente dans une betterave de masse m = 1,5 kg, sachant que le pourcentage massique en saccharose vaut 19,5%. 19,5 ms m 100 On peut alors exprimer, la quantité de matière ns en saccharose dans la betterave : ms 0,195 m 0,195 m ns On obtient ne = 4 M( saccharose) M( saccharose) M( saccharose) 4 0,195 m M( éthanol ) La masse d éthanol obtenue est finalement : me ne. M( éthanol ) M( saccharose)

6 m e 3 4 0,195 1, ,0 34,0 131 g 3. Volume de bioéthanol nécessaire : V = m 3. Masse volumique de l éthanol (=bioéthanol) : ρ = g.m -3 = 789 kg.m -3. m Déterminons la masse d éthanol nécessaire : V mnecess = =, kg =, g On n arrondit pas ce résultat intermédiaire. necess donc mnecess = ρ. V On a établi à la question précédente que 1,5 kg de betterave permet d obtenir 131 g d éthanol (ou 130g). Ainsi par proportionnalité 1,5 kg de betterave 131 g d éthanol (ou 130 g) mbet =? kg, g 1 1, 5, mbet =, kg =, tonnes (ou 1, t) 131 En ne conservant qu un seul chiffre significatif, on retrouve bien la valeur annoncée de 10 7 tonnes. On prend la valeur arrondie de 10 7 tonnes pour la suite. D après les données, le rendement de la culture de betterave est de 74,8 tonnes par hectare. 7 Pour produire tonnes, il faut une surface S = =, ha = 0, ha, c est-à-dire 74, 8 0,3 millions d hectares en ne conservant qu un seul chiffre significatif. Cela correspond à un ordre de grandeur de 10 5 ha. Cette surface semble très faible par rapport à la surface agricole française cultivée en 009 qui vaut 10 millions d hectares, en effet elle ne représente que 03, = 0,03 = 3 % de cette surface. 10 On peut penser que si le bioéthanol n est pas plus utilisé, c est qu il est surement plus cher à produire que l essence. Exercice n 3 : 1. Caractéristiques du casque et oreille humaine La réponse en fréquence du casque est 10 z 5 kz or le domaine de l audible pour l oreille humaine est 0 z 0 kz donc la réponse en fréquence est adaptée à l oreille humaine puisqu elle inclut le domaine de l audible.. Efficacité du dispositif de réduction du bruit

7 .1. Pour le casque anti-bruit en mode actif, les deux dispositifs participent à la réduction du bruit ambiant : 50 z à 700 z... La notice mentionne une fonction réductrice de bruit pour le dispositif actif «allant jusqu à 0 db». En mesurant l atténuation apportée par le dispositif anti-bruit (= L L3), on constate que la diminution peut atteindre jusqu à 0 db mais uniquement autour de la fréquence de 00 z. Souvent la diminution est inférieure à 0 db, mais la notice indique «jusqu à 0 db» ce qui est une formulation juste mais qui peut induire en erreur.3. Le doc. nous montre que dans un train Corail, l essentiel du bruit ambiant a des fréquences comprises entre 50 z et 400 z environ, ce qui correspond à un domaine de fréquences où le dispositif actif est efficace (10 L L3 db d atténuation sur le doc 1). Le doc. 3 nous montre que lors d une discussion dans une pièce, l essentiel du bruit ambiant a lieu entre 00 z et 1000 z environ. Or, audelà de 700 z, le dispositif actif n apporte aucune atténuation (L L3 0 db.) Donc la diminution du bruit ambiant sera meilleure dans un train Corail que dans une pièce où a lieu une discussion. 3. Simulation du dispositif actif 3.1. Les intervalles de confiance permettent de conclure que les valeurs mesurées sont significativement différentes car ces intervalles ne se chevauchent pas : L3 L1 L L (db) I 3.. Les niveaux sonores sont ici systématiquement ajustés à la même valeur : LA LB 10 log 50 db I0 Si on additionne les intensités de chaque source, on obtient : I I I I LA B 10 log 10log =10 log 10 log LA 3 (augmentation de 3 db) I0 I0 I0 Ainsi le niveau sonore correspondant est = 53 db ; il s agit de l expérience Dans les expériences et 3, les deux signaux sont émis avec la même fréquence, le phénomène d interférences entre les deux signaux intervient : - si les signaux sont reçus en phase, il y a interférences constructives et le niveau sonore augmente (56 db au lieu de 53 db) - si les signaux sont reçus en opposition de phase, il y a interférences destructives et le niveau sonore diminue (44 db au lieu de 53 db) Ainsi, c est l expérience 3 qui modélise le dispositif actif de réduction de bruit car le niveau sonore global diminue lorsque le dispositif émet un signal anti-bruit en opposition de phase avec le bruit provenant de l extérieur.