Aurélie oct 2001

devoirs en première S

mouvement circulaire uniforme

à propos du propane

vin

force

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 La figure suivante est la reproduction à 1/10ème du mouvement du centre d'un mobile autoporteur attaché en O fixe sur une table horizontale. L'intervalle de temps séparant deux marques consécutives vaut t=80ms.

Distance entre chaque point : 2,2 cm ; tous les angles sont identiques; rayon du cercle R= 3,5 cm.

  1. Que peut-on dire du mouvement considéré ? Pourquoi ?
  2. Calculer la vitesse linéaire v2 à l'instant t2 au point M2.
  3. En déduire la vitesse angulaire w du mobile. Préciser les unités.
  4. Représenter le vecteur vitesse du mobile aux instants t2 et t5 en utilisant l'échelle : 1 cm pour 1 m/s
  5. Le vecteur vitesse est-il constant au cours du temps ?
  6. Calculer les coordonnées du vecteur vitesse à la date t2.
  7. Calculer la vitesse angulaire en tours/min.

corrigé
les distances parcourues pendant des intervalles de temps égaux, sont égales : le mouvement est uniforme

v2 : calcul d'une vitesse moyenne sur le parcours M1M3

distance M1 M3 : 4,4 cm = 4,4 10-2 m

temps 160 ms = 0,16 s

v2 = 4,4 10-2 / 0,16 = 2,2 / 8 = 0,275 m/s

en tenant compte de l'échelle : 2,75 m/s.

rayon 3,5 cm = 0,035 m

vitesse angulaire =v2 / rayon = 0,275 / 0,035 = 7,85 rad/s.

diviser par 2 p pour avoir des tours par seconde : 1,25 tr/s soit 1,25 *60 = 75 tours /min.

la vitesse angulaire est constante, le mouvement étant uniforme.

la norme de la vitesse linéaire est constante, mais la direction (tangentes au cercle)de ce vecteur vitesse change : donc le vecteur vitesse n'est pas un vecteur constant.

à t2 : abscisse de la vitesse -v2 sin 36 = -1,6

ordonnée de la vitesse v2 cos 36 = 2,2




 Le propane est commercialisé sous forme liquide: la bouteille contient 7 kg de propane et a un volume de 10L.

  1. Quelle est la masse volumique du propane liquide ?
  2. Quelle est la masse volumique du propane gazeux (g/ L ou densité )? Ce gaz est-il plus lourd que l'air ?
    masse atomique molaire C=12 ; H=1; O=16 ; propane C3H8; masse molaire d'un gaz = 29 fois la densité.
  3. Quel volume de gaz peut libérer cette bouteille ? (à 20°C sous p=105 Pa)
  4. Quel est le volume d'air nécessaire à la combustion totale du volume de propane contenu dans la bouteille ? il se forme du dioxyde de carbone et de l'eau; l'air contient en volume 20% de dioxygène. (volume molaire 24 L/mol)
  5. Quelle masse d'eau obtient-on en se faisant brûler totalement 1L de propane gazeux ?

corrigé
masse volumique : 7 / 10 = 0,7 kg/L = 700 kg/m3 pour le propane liquide

masse molaire du propane : C3H8 donc 3*12+8 = 44 g/mol

densité par rapport à l'air : 44 /29 = 1,51

masse volumique 1,51 g/L, propane gaz plus lourd que l'air

le propane est supposé être un gaz parfait, température 20 °C

PV = nRT

P= 105 Pa; n = 7000 /44 = 159 mol; T=273+20= 293 K

V = 159*8,31*293 / 105 = 3,87 m3

volume auquel il faut retrancher 10 L restant dans la bouteille

C3H8 + 5 O2 donne 3 CO2 + 4 H2O

159*5 = 795 mol dioxygène

l'air contient 20% en volume de dioxygène

795*5 = 3977 mol d'air

fois le volume molaire(24 L/mol à 20°C)

volume d'air : 3977 *24 = 95,4 m3.

1L de gaz divisé par le volume molaire 24L/mol = 41,6 mmol propane

donc 41,6*4 = 0,166 mol eau

fois masse molaire 18 g/mol donne 3 g d'eau ou 3 mL d'eau .



vin :

Un résidu de 10 mL de vin à 11° ( 11 g d'alcool pur pour 100 mL de vin ) est abandonné dans une bouteille de 750mL bouchée. En s'oxydant, le vin se transforme en vinaigre. La quantité d'air enfermé dans la bouteille est-elle suffisante pour permette l'oxydation de la totalité de l'alcool du vin ?

masse volumique alcool 0,8 g /mL; alcool éthylique C2H5OH

masse atomique molaire : C=12 ; H=1; O=16 g/mol ; volume molaire des gaz = 24 L/mol

C2H5OH + O2 donne C2H4O2 +H2O


corrigé

volume d'air 740 mL donc 740 / 5 = 148 mL dioxygène

divisé par le volume molaire des gaz 24 L/mol à 20°C

0,148 / 24 = 6,1 mmol dioxygène

11° soit 11 g d'alcool pur dans 100 mL de vin

1,1 g d'alcool pur dans 10 mL de vin

masse molaire alcool éthylique : 46 g/mol

1,1 / 46 = 24 mmol d'alcool

C2H5OH + O2 donne C2H4O2 +H2O

on ne pourra oxyder que 6,1 mmol d'alcool en vinaigre.



force:

Cet exercice étudie un modèle très simplifié du mouvement du centre d'inertie G d'un skieur. Masse du skieur m= 80 kg.

Montée:

L'ensemble des forces de frottement est assimilé à une force unique, de sens opposé au vecteur vitesse, de norme constante F=50N. Le skieur reste constamment en contact avec le sol.

Le skieur toujours tiré par la perche, monte à vitesse constante (2m/s) une pente rectiligne inclinée de b=40° par rapport à l'horizontale. La perche forme un angle d=30° avec le sol. Après avoir schématisé le skieur, déterminer littérallement puis numériquement l'intensité de la force T exercée par la perche sur le skieur.

descente :

Le skieur participant à un concours de vitesse, s'élance, à partir du repos sur une piste rectiligne inclinée de b'= 28° par rapport à l'horizontale. En admettant l'existence de force de frottement de même valeur qu'à la montée, représenter les forces agissant sur le skieur.


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D'après le principe d'inertie la somme des forces est nulle.

projection suivant un axe parallèle au plan vers le haut

T = (F+mgsinb) / cosd.

T=(50+80*9,8*sin40) / cos30 = 639 N.





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