Correction Dnb Métropole série professionnelle agricole 2018
PHYSIQUE – CHIMIE
Durée de l’épreuve : 30 min – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis, seront pris en compte
En juin 2017, le spationaute Thomas Pesquet est revenu sur Terre après six mois passés dans l’espace à bord de la station spatiale internationale.
Les espèces chimiques de l’atmosphère et celles utilisées dans les moteurs de la fusée.
1. Nommer les deux principaux gaz présents dans l’air en précisant leur pourcentage dans l’atmosphère proche de la Terre.
Les deux principaux gaz présents dans l’air sont le dioxygène (environ 20% en volume) et le diazote (environ 80% en volume).
2. Dans les moteurs de la fusée, le dihydrogène réagit directement avec le dioxygène pour produire de la vapeur d’eau. Parmi les quatre propositions d’équations de réaction suivantes, indiquer (en cochant) celle qui traduit la réaction chimique qui se produit dans les moteurs.
Dans les moteurs de la fusée, le dihydrogène réagit directement avec le dioxygène pour produire de la vapeur d’eau. Le dihydrogène (de formule $\mathrm{H_{2}}$) et le dioxygène (de formule $\mathrm{O_{2}}$) sont donc des réactifs. La vapeur d’eau (de formule $\mathrm{H_{2}O}$) est un produit. Dans l’équation de réaction, les réactifs sont à gauche de la flèche et les produits à droite de la flèche. L’équation de réaction qui traduit la réaction chimique qui se produit dans les moteurs est :
$\mathrm{2~H_{2}+~O_{2} \longrightarrow 2~{H_{2}O}}$
Un moment de détente pour Thomas Pesquet.
Un des loisirs préférés des spationautes est l’observation des étoiles. Thomas Pesquet observe une étoile distante d’environ 4,5 années-lumière de la Terre. Il se dit que cette étoile a peut-être déjà disparu et que personne ne le sait à ce jour.
3. Expliquer pourquoi il se fait cette réflexion.
Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an. L’étoile observée se trouve à 4,5 années-lumière. Quand on regarde l’étoile, on regarde donc le passé. On voit l’étoile telle qu’elle était il y a 4,5 ans. Si cette étoile a disparu, nous ne le saurons donc pas immédiatement, il faut attendre que la lumière de l’étoile parvienne jusqu’à nous.
L’atterrissage du module Soyouz
Pour leur descente les spationautes ont utilisé un module Soyouz qui a atterri dans les steppes russes.
Document 1 :
D’après un article de Sylvie Rouat dans « Sciences et Avenir » du 01/06/2017
Thomas Pesquet et son collègue Oleg Novotski se sont installés dans le module Soyouz de descente dont la masse totale est égale à : 2 tonnes. À 8,5 km du sol, le parachute principal s’ouvre et à 70 centimètres du sol, l’action des rétrofusées réduit la vitesse d’impact au sol à 1,4 m/s.
Mais cet atterrissage dit » en douceur « , est tout de même très brutal. En effet, le spationaute italien Paolo Nespoli compare cette expérience à une collision entre une petite voiture roulant à faible vitesse et un mur… ».
En orbite, le module Soyouz a stocké de l’énergie potentielle de position (liée à l’altitude du module).
5. Nommer la force responsable de la chute du module sur la Terre.
La force responsable de la chute du module sur la Terre est le poids du module (force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur le module).
6. En exploitant les données du document 1, montrer que la valeur de l’énergie cinétique Ec du module lors de son impact au sol a une valeur proche de : 2000 J.
On rappelle :
• L’expression de l’énergie cinétique d’un corps : $ E_{C} = \frac{1}{2} \times{m}\times{v}^{2} $ où $m$ est la masse du corps en kg et $v$ sa vitesse en m/s.
• 1 tonne correspond à 1 000 kg.
L’énergie cinétique est donnée par la relation :
$ E_{C} = \frac{1}{2} \times{m}\times{v}^{2} $
avec $m =~2~tonnes~= 2000\ kg$ (masse du module) et $v=1,4\ m/s$ (vitesse du module)
$ E_{C} = \frac{1}{2} \times{2000\ kg}\times (1,4)^{2} $
$ E_{C} =1960~ J $
L’énergie cinétique du module lors de son impact est de 1960 J soit une valeur proche de 2000 J.
7. Impact du module au sol. L’énergie cinétique d’une voiture Citroën C2 ® (petite voiture de masse égale à 950 kg) en fonction de sa vitesse est donnée ci-dessous :
En s’appuyant sur ce graphique, donner l’ordre de grandeur de la vitesse d’une Citroën C2 pour avoir une énergie cinétique de l’ordre de 2 000 J.
D’après le graphique (voir projection en bleu), l’ordre de grandeur de la vitesse de la voiture est de 8 km/h pour avoir une énergie cinétique de 2000 J.
8. Indiquer, en le justifiant, si la comparaison du spationaute Paolo Nespoli évoquée dans le document 1 est pertinente ou non.
L’énergie cinétique du module lors de son impact est de 2000 J. Cette énergie est comparable à celle que possède une petite voiture (950 kg ; Citroen C2) roulant à faible vitesse (8 km/h). La comparaison du spationaute Paolo Nespoli évoquée dans le document 2 est donc pertinente.