Le lob parfait au squash, panneaux photovolta�ques, Bac STL 09 / 2022. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres d’int�r�ts. . . . . . . .. .. ...... ... Le lob parfait au squash. Le squash est un sport de raquette qui se joue sur un terrain de jeu enti�rement entour� de murs ou �ventuellement de parois vitr�es. Les deux joueurs sont sur la m�me partie du terrain et jouent � tour de r�le. Chaque joueur frappe � l’aide d’une raquette une petite balle noire en caoutchouc, de telle sorte que son adversaire ne puisse pas la reprendre. L’un des coups possibles est le lob : il s’agit souvent d’un coup d�fensif qui consiste � frapper la balle de bas en haut sur le mur frontal dans le souci de la faire passer au-dessus de l’adversaire et de l’amener dans le fond du terrain. Le lob parfait impose que la balle atteigne une hauteur h en sommet de trajectoire comprise entre 4,0 m et 4,5 m : assez haute pour passer au-dessus du joueur et pas trop haute afin qu’elle ne sorte pas du terrain. Le mouvement de la balle est �tudi� dans un r�f�rentiel terrestre suppos� galil�en, d’un point A � un point B : le point A d�signe l’impact de la balle sur le mur frontal, le point B est le sommet de la trajectoire de la balle lors du lob. L’axe vertical (Oz) du rep�re choisi dans le r�f�rentiel terrestre est orient� vers le haut, son origine O est l’angle du mur frontal. Dans cette �tude, on supposera que les forces de frottements s’exer�ant sur la balle sont n�gligeables. Donn�es relatives � la balle : - Altitude au point A : zA = 3,2 m - Altitude au point B : zB = h - Vitesse au point A : vA = 24 km.h-1 - Vitesse au point B : vB = 17 km.h-1 - Masse de la balle : m = 25 g Intensit� de la pesanteur terrestre : g = 9,8 m.s-2. L’objectif de l’exercice est de d�terminer si le lob correspondant aux donn�es pr�c�dentes peut �tre consid�r� comme parfait. 1. Nommer la force exerc�e sur la balle pendant son mouvement entre A et B, puis donner son expression litt�rale. Calculer sa valeur et la repr�senter sur le document. Le poids de la balle P = mg = 0,025 x9,8 =0,245 ~0,25 N. 2. Donner l’expression litt�rale du travail de cette force appliqu�e � la balle lors de son d�placement de A vers B. 3. En d�duire, sans le calculer, si ce travail est moteur, r�sistant ou nul. Expliquer en quoi cela est coh�rent. Travail r�sistant, n�gatif, en mont�e : W = mg ( zA-zB). 4. Exprimer l’�nergie potentielle de pesanteur Ep de la balle, puis calculer sa valeur au point A que l’on notera Ep(A). Ep(A) = mg zA =0,025 x9,8 x3,2 =0;784 ~0,78 J. 5. Exprimer l’�nergie cin�tique Ec de de la balle au point A, not�e Ec(A). Calculer sa valeur apr�s avoir r�alis� les conversions d’unit�s n�cessaires. Ec(A) = 0,5 m v2A avec vA = 24 / 3,6 ~6,67 m /s. Ec(A) = 0,5 x 0,025 x 6,672 ~0,56 J. 6. Donner l’expression de l’�nergie m�canique Em(A) de la balle au point A. V�rifier qu’elle est environ �gale � 1,3 J. Em(A) = Ep(A) + Ec(A) = 0,78 +0,56 ~1,3 J. 7. Donner l’expression litt�rale de l’�nergie m�canique Em(B) de la balle au point B en fonction des grandeurs m, g, zB et vB. Em(B) = mgzB + �mv2B. 8. En appliquant le principe de conservation de l’�nergie m�canique Em, d�terminer si, sur cet essai, le lob peut �tre consid�r� comme parfait. Em(A)=Em(B) ; mgzB + �mv2B = 1,3 mgzB = 1,3 -�mv2B ; zB =1,3 / (mg) -0,5 v2B / g ; vB = 17 / 3,6 ~4,7 m /s. zB = 1,3 /(0,025 x9,8) -0,5 x4,72 / 9,8 ~4,2 m. Le lob est donc parfait. ... .... Panneaux photovolta�ques. Pour la production d’�nergie �lectrique d’un site isol�, occup� quelques mois par an, les propri�taires envisagent l’installation de panneaux photovolta�ques. Ils estiment la puissance �lectrique n�cessaire � leur mode de vie � 6 kW. La moiti� de la toiture a une exposition plein sud, adapt�e � la pose de panneaux photovolta�ques. Sa surface est estim�e � environ 50 m�. L’inclinaison recommand�e par les installateurs est adapt�e pour une utilisation estivale, un peu moins pour l’hiver. L’objectif de cet exercice est d’�tudier l’opportunit� de l’installation. 1. Compl�ter le sch�ma de la cha�ne �nerg�tique en faisant appara�tre les diff�rentes formes d’�nergie. Les panneaux photovolta�ques sont constitu�s de cellules au silicium cristallin fonctionnant sur un domaine de longueurs d’onde compris entre 0,4 et 1,1 μm. 2. En utilisant le profil spectral solaire re�u au niveau du sol pr�sent� sur la figure suivante, expliquer pourquoi les cellules au silicium sont adapt�es pour �tre utilis�es sur un panneau photovolta�que. L'irradiance solaire pr�sente un maximum entre 0,4 et 1,1 �m. 3. Surface d’un panneau S = 1,61 m2, puissance nominale maximale 265 W ; rendement 16,5 %. Calculer la puissance lumineuse re�ue par un seul panneau photovolta�que, sous une condition d’�clairement moyen de 1000 W.m-2. 265 / 0,165 = 1,6 103 W. Les caract�ristiques intensit�-tension d’un panneau photovolta�que sont donn�es. Chacune de ces caract�ristiques est trac�e pour un �clairement moyen diff�rent : de 400 W.m-2 correspondant � un ciel partiellement nuageux � 1000 W.m-2 correspondant � un ciel totalement d�gag�. Cela permet de d�terminer la r�ponse d’un panneau en fonction du contexte d’exposition solaire. 4. Proposer une estimation de la valeur de la puissance �lectrique maximale que peut d�livrer un panneau pour un ciel totalement d�gag�. Puissance nominale  = 9 x 30 = 270 W. 5. Commenter le r�sultat obtenu � la question 4 compte tenu du tableau de donn�es constructeur pr�c�dent. En accord avec 265 W. 6. D�finir le rendement d’un panneau photovolta�que. Montrer que sa valeur16,5 %, est coh�rente avec la valeur de la puissance nominale maximale et celle de la puissance lumineuse calcul�e � la question 3. Rendement = puissance �lectrique nominale / puissance solaire. 270 / (1,6 103) ~0,17. 7. Calculer le nombre de panneaux n�cessaires pour assurer les besoins �nerg�tiques des propri�taires du chalet pour un ciel totalement d�gag�. En d�duire la surface de toiture qu’occuperait l’ensemble de ces panneaux. 6 / 0,265 =22,6 soit 23 panneaux. Surface des panneaux = 23 x1,61 ~37 m2. 8. Reprendre la question pr�c�dente dans le cas d’un ciel partiellement nuageux (�clairement moyen de 400 W.m-2). Puissance nominale 4,7 x32 ~150 W. Nombre de panneaux : 6 / 0,15 ~40. Surface des panneaux : 40 x1,61 ~64 m2. 9. Discuter la faisabilit� du projet des propri�taires � la lumi�re des r�sultats pr�c�dents. Cette derni�re valeur �tant sup�rieure � la surface du toit, le projet n'est pas r�alisable, sauf si on stocke l'exc�s d'�nergie lors d'un ciel totalement d�gag�.

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