Chimie organique - contrôle 10 , Examens de Chimie Organique

Télécharge Chimie organique - contrôle 10 et plus Examens au format PDF de Chimie Organique sur Docsity uniquement! EXERCICE I - DU « BANG » D’UN AVION AU CLAQUEMENT D’UN COUP DE FOUET Bac S 2012 Métropole 6,5 points) Lorsqu’un avion vole en vitesse subsonique (vitesse inférieure à la célérité du son dans l’air), il crée des ondes dites de pression qui se propagent à la célérité du son (figure 1). Lorsqu’il accroît sa vitesse et qu’il atteint la célérité du son, les ondes de pression s’accumulent devant le nez de l’avion (figure 2). Lorsqu’il dépasse la célérité du son (on dit qu’il passe le mur du son), il se produit alors des ondes de compression et de dilatation qui provoquent ce fameux « bang » perceptible à plusieurs dizaines de kilomètres à la ronde. Pour une vitesse supérieure à la célérité du son, les ondes se propagent derrière l’avion dans un cône appelé cône de Mach (figure 3). avion onde cône de Mach Figure 3 onde avion Figure 1 avion Figure 2 v avion < v son = v son > v son v avion v avion v avion v avion vavion onde Aussi incroyable que cela puisse paraître, c’est le même phénomène de passage du mur du son qui explique le claquement produit par un coup de fouet. Les deux premières parties de cet exercice traitent des ondes mécaniques, la troisième partie se rapporte à la chimie et est indépendante. 1. Étude des ondes sonores Dans cette partie, les ondes sonores se propagent dans l’air. 1.1. Quelques caractéristiques des ondes sonores 1.1.1. Pourquoi peut-on dire qu’il s’agit d’ondes mécaniques ? 1.1.2. Choisir la (ou les) bonne(s) caractéristique(s) qui qualifie(nt) une onde sonore, en expliquant la signification des caractéristiques choisies : a) progressive b) tridimensionnelle c) transversale d) longitudinale 1.1.3. Choisir dans la liste le (ou les) «milieu(x)» dans lequel le son ne se propage pas : a) acier b) béton c) vide d) eau 1.2. Ondes sonores produites par un avion Un avion vole à la vitesse vavion = 800 km.h1 à une altitude d’environ 10 km. On veut savoir s’il se déplace à une vitesse supérieure à la célérité du son sachant que cette dernière dépend de la température. 1.2.1. La célérité du son peut se calculer en première approximation par la relation  son son( 0°C 1 273 v ) v      avec  la température en degré Celsius et vson (0°C) = 3,3102 m.s1. Calculer la célérité des ondes sonores à l’altitude de 10 km en considérant que la température  de l’air vaut - 50°C. 1.2.2. Comparer cette valeur avec la vitesse de l’avion. Celui-ci a-t-il passé le mur du son ? 2. Le claquement d’un coup de fouet Un artiste de cirque veut faire claquer son fouet ; pour ce faire, il génère, d’un mouvement de poignet, un ébranlement qui se déplace à la célérité v le long de la lanière en cuir du fouet. 2.1. Cette célérité v dépend de la tension F de la lanière et de sa masse linéique µ (masse par unité de longueur) suivant la relation F v µ  . Montrer, par une analyse dimensionnelle, l’homogénéité de cette relation. 2.2. On simule à l’aide d’un logiciel la propagation de la perturbation le long de la lanière et on obtient la position de l’ébranlement à différentes dates séparées d’un intervalle de temps t = 3,5102 s (voir figure 4). La lanière du fouet a une longueur L = 3,0 m. t0 = 0 t 1 = t0 + t = t0 + 2t = t0 + 8t = t0 + 7t = t0 + 6t = t0 + 5t = t0 + 4t = t0 + 3t t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 Perturbation qui va être créée BA L Figure 4. Propagation de la perturbation le long de la lanière 2.2.1. Calculer la durée  mise par l’onde pour parcourir toute la lanière. 2.2.2. En déduire la valeur de la célérité v de l’onde. 2.2.3. En réalité, la section de la lanière du fouet diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la poignée ; la masse linéique µ diminue donc. Si on suppose que la tension F est constante, comment évolue la célérité de l’onde le long de la lanière, de la poignée à son extrémité ? 2.3. On s’intéresse maintenant à la vitesse de déplacement transversal de la mèche qui correspond à l’extrémité du fouet. On enregistre son mouvement avec une caméra ultra-rapide. La fréquence de prise de vue est de 4000 images par seconde. Entre deux images successives, la mèche, du fait de la propagation de la vibration, se déplace d’une distance d = 11 cm (voir figure 5). En déduire la vitesse v’ de déplacement de la mèche. Dans ces conditions, le mur du son a-t-il été passé par la mèche ? Donnée : célérité du son dans l’air à 20°C : vson = 340 m.s1 image à t a image à t b d Sens de propagation Figure 5. Positions de la mèche du fouet à deux instants ta et tb