Examen PC pour SVT 2026 NORMAl avec correction
Acide éthanoïque · Réactivité
Acide faible · Équilibre avec l’eau · Estérification (chauffage à reflux)
1. Définition d’un acide
Un acide selon Brønsted est toute espèce chimique (ionique ou moléculaire) susceptible de libérer au moins un proton \( \text{H}^+ \).
Donneur de proton.
2. Réaction avec l’eau
| État | Avanc. (mol) | \( \text{CH}_3\text{COOH} \) | \( \text{H}_2\text{O} \) | \( \text{CH}_3\text{COO}^- \) | \( \text{H}_3\text{O}^+ \) |
|---|---|---|---|---|---|
| Initial | 0 | \( C_A V \) | Excès | 0 | ≈0 |
| Intermédiaire | \( x \) | \( C_A V – x \) | Excès | \( x \) | \( x \) |
| Final (équilibre) | \( x_f \) | \( C_A V – x_f \) | Excès | \( x_f \) | \( x_f \) |
3. Taux d’avancement
Réaction totale : \( x_{\text{max}} = C_A V \) (acide limitant, eau excès).
À l’équilibre, \( x_f = [\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{eq}} \times V = 10^{-\text{pH}} \cdot V \).
Application numérique : pH = 3,37 ; \( C_A = 10^{-2} \ \text{mol·L}^{-1} \)
\[ \tau = \frac{10^{-3,37}}{10^{-2}} \times 100\% = 10^{-1,37} \times 100\% \approx 4,27\% \]4. Quotient \( Q_{r,eq} \)
Avec \( [\text{H}_3\text{O}^+]_{eq} = [\text{CH}_3\text{COO}^-]_{eq} = 10^{-\text{pH}} \)
\( [\text{CH}_3\text{COOH}]_{eq} = C_A – 10^{-\text{pH}} \)
AN : pH=3,37 ; \( C_A=10^{-2} \)
\[ Q_{r,eq} = \frac{10^{-6,74}}{10^{-2} – 10^{-3,37}} \approx \frac{1,82\times10^{-7}}{10^{-2} – 4,27\times10^{-3}} = \frac{1,82\times10^{-7}}{5,73\times10^{-3}} \approx 3,18\times10^{-5} \]5. p\(K_A\) de l’acide
À l’équilibre, \( K_A = Q_{r,eq} \). Ainsi :
\[ pK_A = -\log\left( \frac{10^{-2\text{pH}}}{C_A – 10^{-\text{pH}}} \right) \]Application numérique :
\[ pK_A = -\log\left( \frac{10^{-2\times 3,37}}{10^{-2} – 10^{-3,37}} \right) = -\log\left( \frac{10^{-6,74}}{5,73\times10^{-3}} \right) \approx 4,72 \]6. Prédominance
\( \text{pH} < pK_A \) → la forme acide prédomine.
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \ \text{est l’espèce majoritaire.} \]Seulement ~4% de l’acide est dissocié en ions éthanoate.
7. Effet de la dilution
La dilution d’une solution d’acide faible augmente le taux d’avancement final \( \tau \).
L’équilibre se déplace dans le sens de la dissociation (augmentation du nombre de particules).
La constante \( K_A \) ne dépend que de la température.
8. Constante d’équilibre
La constante d’équilibre \( K = Q_{r,eq} = K_A \) à température fixée.
\[ K = K_A = 10^{-pK_A} = 10^{-4,72} \approx 1,90 \times 10^{-5} \]La constante d’équilibre est indépendante de la concentration.
Partie 2 – Estérification

9. Montage du chauffage à reflux : Montage 1 (ballon, réfrigérant à eau, chauffe-ballons).
10. Rôle de l’acide sulfurique : catalyseur, il accélère la réaction sans être consommé.
Réaction : acide éthanoïque + alcool ⇌ ester + eau.
Le reflux évite les pertes de réactifs par évaporation.
Récapitulatif des réponses
| Question | Réponse essentielle |
|---|---|
| 1 | Acide : donneur de proton \( \text{H}^+ \). |
| 2 | \( \text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+ \) |
| 3 | Tableau d’avancement, \( \tau = 4,27\% \) → réaction limitée. |
| 4 | \( Q_{r,eq} = \dfrac{10^{-2\text{pH}}}{C_A – 10^{-\text{pH}}} \) |
| 5 | \( pK_A = 4,72 \) ; \( K_A \approx 1,9\times10^{-5} \) |
| 6 | \( \text{pH} < pK_A \) → espèce prédominante \( \text{CH}_3\text{COOH} \). |
| 7 | La dilution augmente le taux d’avancement \( \tau \). |
| 8 | \( K = 1,90\times10^{-5} \) (proposition C). |
| 9-10 | Chauffage à reflux (montage 1) ; catalyseur : \( \text{H}_2\text{SO}_4 \). |
Physique · Radioactivité & Circuits
Césium 137 · Désintégration β⁻ · Dipôle RL · RLC série
Césium 137 – Composition
Protons : \( Z = 55 \)
Neutrons : \( N = A – Z = 137 – 55 = 82 \)
Désintégration β⁻
Conservation du nombre de masse : \( A = 137 \)
Conservation de charge : \( 55 = 56 + (-1) \)
L’élément fils est le baryum 137.
Énergie libérée
Défaut de masse :
\[ E_{\text{lib}} = \left| \big( m(^{137}\text{Ba}) + m(e^-) – m(^{137}\text{Cs}) \big) c^2 \right| \]Masses (u) : \( m(^{137}\text{Ba}) = 136,90582 \) ; \( m(e^-)=0,00055 \) ; \( m(^{137}\text{Cs})=136,90708 \)
\[ \Delta m = 136,90582 + 0,00055 – 136,90708 = -0,00071 \ \text{u} \] \[ E_{\text{lib}} = 0,00071 \times 931,5 \ \text{MeV} \approx 0,661 \ \text{MeV} \]Loi de décroissance
Activité : \( a(t) = a_0 e^{-\lambda t} \), demi-vie \( t_{1/2}=30 \ \text{ans} \).
En 1986 (Tchernobyl) \( a_0 = 1,2 \times 10^5 \ \text{Bq/kg} \).
En 2026 : \( t = 2026-1986 = 40 \ \text{ans} \)
Zone sans danger : \( a_{\text{lim}} = 3,0\times10^3 \ \text{Bq/kg} \)
\[ t = 1986 + \frac{t_{1/2}}{\ln2} \ln\left(\frac{a_0}{a_{\text{lim}}}\right) = 1986 + \frac{30}{\ln2} \ln\left(\frac{1,2\times10^5}{3,0\times10^3}\right) \] \[ t = 1986 + \frac{30}{0,693} \ln(40) \approx 1986 + 43,3 \times 3,689 \approx 1986 + 159,7 \approx 2146 \]
Dipôle RL – Courbes
Plus la résistance est faible, plus l’intensité en régime permanent est élevée.
\( R < R' \) ⇒ la courbe (1) correspond à la plus petite résistance \( R \).
Équation différentielle : maille \( u_L + u_R = E \)
\[ L\frac{di}{dt} + (R+r)i = E \quad\Rightarrow\quad \frac{L}{R+r}\frac{di}{dt} + i = \frac{E}{R+r} \] \[ \tau = \frac{L}{R+r} \quad,\quad I = \frac{E}{R+r} \]RL – Résistance interne \(r\) et inductance
Régime permanent : \( I’ = 100 \ \text{mA} \) (courbe avec \(R’\)).
\[ R’ + r = \frac{E}{I’} = \frac{6}{0,100} = 60\ \Omega \] \[ r = 60 – R’ = 60 – 50 = 10 \ \Omega \]Constante de temps graphique : \( \tau’ = 10 \ \text{ms} \) (tangente à l’origine).
\[ \tau’ = \frac{L}{R’+r} \quad\Rightarrow\quad L = \tau’ (R’+r) = 0,010 \times 60 = 0,6 \ \text{H} \]RLC série – Période de l’énergie
Pour un circuit RLC non amorti, l’énergie électromagnétique oscille à une période \( T_e \) liée à la période propre \( T_0 \).
Graphiquement : \( T_e = 25 \ \text{ms} \) (période des battements d’énergie).
Pour un oscillateur LC, l’énergie totale est constante mais les énergies \(E_C\) et \(E_L\) varient à une fréquence double :
\[ T = 2T_e = 50 \ \text{ms} \]La pseudo-période (si faible amortissement) est proche de \(T_0\).
Synthèse des résultats
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| Protons / neutrons (Cs-137) | 55 / 82 |
| Énergie de désintégration β⁻ | \(0,661 \ \text{MeV}\) |
| Activité en 2026 | \(4,87\times10^4 \ \text{Bq/kg}\) |
| Année zone sûre (~3000 Bq/kg) | ≈ 2146 |
| Résistance interne \(r\) (bobine) | \(10\ \Omega\) |
| Inductance \(L\) | \(0,6 \ \text{H}\) |
| Constante de temps \( \tau’ \) (R’=50Ω) | \(10 \ \text{ms}\) |
| Période des oscillations RLC (T) | \(50 \ \text{ms}\) |
RL – Modèle général
Solution : \( i(t) = I \left(1 – e^{-t/\tau}\right) \) pour un échelon de tension.
Le produit \( \tau \) caractérise la rapidité d’établissement du courant.
Mécanique · Chute libre & oscillateur
Vide · Poids seul · MRUV · Ressort horizontal · Énergie mécanique
Chute libre (sous vide)
Dans la chambre à vide, aucune force de frottement ni poussée d’Archimède.
Seul le poids s’exerce → chute libre quel que soit l’objet.
Deuxième loi de Newton : \( \vec{P} = m\vec{a}_G \) ⇒ \( \vec{a}_G = \vec{g} \)
Projection sur l’axe vertical (Oz) : \( a_z = g = 10\ \text{m·s}^{-2} \)

Proposition exacte
Galilée : dans le vide, une plume et une boule touchent le sol simultanément.
Durée & vitesse d’impact
Équations horaires (vitesse initiale nulle, origine en haut) :
\[ v(t) = g t , \quad x(t) = \frac12 g t^2 \]Arrivée au sol : \( \frac12 g t_S^2 = h \) ⇒ \( t_S = \sqrt{\frac{2h}{g}} \)
\[ t_S = \sqrt{\frac{2 \times 30}{10}} = \sqrt{6} \approx 2,45\ \text{s} \]Vitesse d’impact : \( v_S = g t_S = 10 \times 2,45 = 24,5\ \text{m·s}^{-1} \)
Oscillateur ressort – Période propre
Période relevée graphiquement : \( T_0 = 2\ \text{s} \).
Amplitude : \( x(t) = X_m \cos\left(\frac{2\pi}{T_0}t\right) \)
Vitesse maximale : \( \dot{x}_m = X_m \cdot \frac{2\pi}{T_0} \) ⇒ \( X_m = \dot{x}_m \cdot \frac{T_0}{2\pi} \)
Donnée : \( \dot{x}_m = 0,125\ \text{m/s} = 12,5\ \text{cm/s} \)
\[ X_m = 0,125 \times \frac{2}{2\pi} = 0,125 \times \frac{1}{\pi} \approx 0,0398\ \text{m} \approx 4\ \text{cm} \]Raideur du ressort
Période propre : \( T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{m_1}{K}} \) ⇒ \( K = \frac{4\pi^2 m_1}{T_0^2} \)
Masse \( m_1 = 3\ \text{kg} \), \( T_0 = 2\ \text{s} \)
\[ K = \frac{4\pi^2 \times 3}{2^2} = \frac{12\pi^2}{4} = 3\pi^2 \approx 29,6\ \text{N·m}^{-1} \]Plus la raideur est grande, plus la période est faible.
Conservation de l’énergie
La boule est soumise à :
- Poids \( \vec{P} \) (vertical, ne travaille pas sur le plan horizontal)
- Réaction normale \( \vec{R} \) (perpendiculaire au déplacement → nul)
- Tension du ressort \( \vec{T} \) (force conservative)
La seule force qui travaille est la tension du ressort (conservative).
✅ L’énergie mécanique du système {boule + ressort} se conserve.
Énergie mécanique totale
Aux élongations maximales (\(x = \pm X_m\)), l’énergie cinétique est nulle → énergie potentielle élastique maximale :
\[ E_m = \frac12 K X_m^2 \] \[ E_m = \frac12 \times 30 \times (0,04)^2 = 0,5 \times 30 \times 0,0016 = 0,024\ \text{J} \] \[ E_m = 2,4 \times 10^{-2}\ \text{J} \]Cette énergie oscille entre énergie cinétique et potentielle élastique sans perte (pas de frottement).
Synthèse des résultats
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| Accélération en chute libre | \(10\ \text{m·s}^{-2}\) |
| Durée de chute (\(h=30\ \text{m}\)) | \(2,45\ \text{s}\) |
| Vitesse à l’impact | \(24,5\ \text{m·s}^{-1}\) |
| Période propre \(T_0\) | \(2\ \text{s}\) |
| Amplitude \(X_m\) | \(4\ \text{cm}\) |
| Raideur \(K\) | \(30\ \text{N·m}^{-1}\) |
| Énergie mécanique totale | \(2,4 \times 10^{-2}\ \text{J}\) |
Expressions générales
Chute libre sans vitesse initiale :
\[ t_S = \sqrt{\frac{2h}{g}} \quad,\quad v_S = \sqrt{2gh} \]Oscillateur ressort horizontal :
\[ T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{m}{K}} \quad,\quad E_m = \frac12 K X_m^2 \]La vitesse maximale : \( v_{\text{max}} = \frac{2\pi X_m}{T_0} \)
Autre version
Correction de l’examen national de Physique Chimie
Filière Sciences de la vie et de la terre – Session normale 2026
Direction provinciale : Mohammedia
| Question | Réponse | Barème | ||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chimie : Réactivité de l’acide éthanoïque | ||||||||||||||||||||||||||
| Partie 1 : Étude d’une solution aqueuse d’acide éthanoïque | ||||||||||||||||||||||||||
| 1. | Un acide selon BRÖNSTED, est toute espèce chimique, ionique ou moléculaire, susceptible de libérer au moins un proton \(H^+\). | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 2. | \[ CH_3COOH_{(aq)} + H_2O_{(\ell)} \;\rightleftharpoons\; CH_3COO^-_{(aq)} + H_3O^+_{(aq)} \] | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 3. |
Équation chimique :
\(
CH_3COOH_{(aq)} + H_2O_{(\ell)} \;\rightleftharpoons\; CH_3COO^-_{(aq)} + H_3O^+_{(aq)}
\)
|
0,75 | ||||||||||||||||||||||||
| 4. |
On a : \(\displaystyle \tau = \frac{x_f}{x_{max}} \times 100\%\) ; D’après le tableau d’avancement : \(x_f = 10^{-pH}.V\) En considérant la réaction totale et puisque l’eau est en excès, donc \(CH_3COOH\) est le réactif limitant, d’où : \(C_A V – x_{max} = 0\) Alors : \(x_{max} = C_A V\) ; D’où : \(\displaystyle \tau = \frac{10^{-pH}}{C_A} \times 100\%\) ; A.N : \(\displaystyle \tau = \frac{10^{-3,37}}{10^{-2}} \times 100\%\) ; \(\tau = 4{,}27\% < 100\%\) La réaction est limitée |
0,5 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 5. |
On a : \(\displaystyle Q_{r;\acute{e}q} = \frac{[H_3O^+]_{\acute{e}q}.[CH_3COO^-]_{\acute{e}q}}{[CH_3COOH]_{\acute{e}q}}\) et \([H_3O^+]_{\acute{e}q} = [CH_3COO^-]_{\acute{e}q} = 10^{-pH}\) De plus : \(\displaystyle [CH_3COOH]_{\acute{e}q} = \frac{C_A.V – x_f}{V} = C_A – \frac{x_f}{V} = C_A – 10^{-pH}\) Alors : \(\displaystyle Q_{r;\acute{e}q} = \frac{10^{-2pH}}{C_A – 10^{-pH}}\) |
0,75 | ||||||||||||||||||||||||
| 6. |
On a : \(\displaystyle K_A = \frac{[H_3O^+]_{\acute{e}q}.[CH_3COO^-]_{\acute{e}q}}{[CH_3COOH]_{\acute{e}q}}\) ; Donc : \(K_A = Q_{r;\acute{e}q}\) ; On a \(pK_A = -\log(K_A)\) ; Donc : \(\displaystyle pK_A = -\log\left(\frac{10^{-2pH}}{C_A – 10^{-pH}}\right)\) ; A.N : \(\displaystyle pK_A = -\log\left(\frac{10^{-2\times 3,37}}{10^{-2} – 10^{-3,37}}\right)\) ; Alors : \(pK_A = 4{,}72\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 7. | On a : \(pH < pK_A\) ; alors l'espèce prédominante est \(CH_3COOH\) | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 8.1. | La dilution a pour effet d’augmenter le taux d’avancement final | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 8.2. |
La constante d’équilibre ne dépend que de la température. On a : \(\displaystyle K = Q_{r;\acute{e}q} = \frac{[H_3O^+]_{\acute{e}q}.[CH_3COO^-]_{\acute{e}q}}{[CH_3COOH]_{\acute{e}q}}\) ; donc : \(K = K_A = 10^{-pK_A}\) AN : \(K = K_A = 10^{-pK_A} = 10^{-4,72} = 1{,}90.10^{-5}\) La proposition juste est : C |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| Partie 2 : Étude de la réaction de l’acide éthanoïque avec un alcool | ||||||||||||||||||||||||||
| 1 | Montage du chauffage à reflux : Montage 1 | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 2 | L’acide sulfurique est un catalyseur, il accélère la réaction | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 3 |
|
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 4 |
On a : \(\displaystyle r = \frac{n_e}{n_{max}(ester)} \times 100\%\) ; Or \(n_1 = n_2\) ; Donc : \(\displaystyle r = \frac{n_e}{n_1} \times 100\%\) AN : \(\displaystyle r = \frac{0,4}{0,6} \times 100\%\) ; Alors : \(r = 67\%\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 5 | Pour améliorer le rendement de cette réaction, on peut utiliser l’un des réactifs en excès, ou bien éliminer l’eau formée. | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| Physique | ||||||||||||||||||||||||||
| Exercice 1 : Radioactivité du Césium | ||||||||||||||||||||||||||
| 1. | \({}^{137}_{55}Cs\) se compose de 55 protons et 82 neutrons. | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 2. | \[ {}^{137}_{55}Cs \;\rightarrow\; {}^{A}_{Z}Ba \;+\; {}^{0}_{-1}e \] D’après les lois de Soddy : \(\begin{cases} A = 137 \\ Z = 56 \end{cases}\) ; Alors : \[ {}^{137}_{55}Cs \;\rightarrow\; {}^{137}_{56}Ba \;+\; {}^{0}_{-1}e \] | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 3. |
On a : \(\displaystyle E_{lib} = |\Delta E| = \left|\left[ m\left({}^{137}_{56}Ba\right) + m\left({}^{0}_{-1}e\right) – m\left({}^{137}_{55}Cs\right) \right].c^2\right|\) A.N : \(E_{lib} = \left|\left[(136{,}90582 + 0{,}00055 – 136{,}90708)\right].931{,}5\right|\) Alors : \(E_{lib} = 0{,}661\ MeV\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 4.1. |
D’après la loi de décroissance radioactive : \(a(t) = a_0.e^{-\lambda.t}\) Donc : \(\displaystyle a_{2026} = a_0.e^{-\frac{\ln(2)}{t_{1/2}}.t}\) ; A.N : \(\displaystyle a_{2026} = 1{,}2.10^{5}.e^{-\frac{\ln(2)}{30}.(2026-1987)}\) ; Alors : \(a_{2026} = 4{,}87.10^{4}\ Bq/kg\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 4.2. |
Lorsque la zone redevient sans danger, \(\displaystyle a_{lim} = a_0.e^{-\frac{\ln(2)}{t_{1/2}}.(t-1987)}\) Donc : \(\displaystyle \frac{a_{lim}}{a_0} = e^{-\frac{\ln(2)}{t_{1/2}}.(t-1987)}\) ; D’où : \(\displaystyle \ln\left(\frac{a_{lim}}{a_0}\right) = -\frac{\ln(2)}{t_{1/2}}.(t-1987)\) Par suite : \(\displaystyle \ln\left(\frac{a_0}{a_{lim}}\right).\frac{t_{1/2}}{\ln(2)} = (t-1987)\) ; Alors : \(\displaystyle t = 1987 + \ln\left(\frac{a_0}{a_{lim}}\right).\frac{t_{1/2}}{\ln(2)}\) A.N : \(\displaystyle t = 1987 + \ln\left(\frac{1{,}2.10^{5}}{3.10^{3}}\right).\frac{30}{\ln(2)}\) ; la zone redevient sans danger en 2147 |
0,75 | ||||||||||||||||||||||||
| Exercice 2 : Dipôle RL – Circuit RLC série | ||||||||||||||||||||||||||
| 1 : Dipôle RL | ||||||||||||||||||||||||||
| 1.1. | Plus la résistance est faible, plus l’intensité au régime permanent sera élevée, or \((R < R')\) donc la courbe (1) correspond à la résistance R. | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.2. |
|
0,5 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.3. | Graphiquement : \(I’ = 100\ mA\) | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.4. |
On a : \(\displaystyle I’ = \frac{E}{R’+r}\) ; donc : \(\displaystyle R’ + r = \frac{E}{I’}\) ; D’où : \(\displaystyle r = \frac{E}{I’} – R’\) A.N : \(\displaystyle r = \frac{6}{100\times 10^{-3}} – 50\) ; Alors : \(r = 10\ \Omega\) |
0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.5. | Graphiquement : \(\tau’ = 10\ ms\) | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.6. |
On a : \(\displaystyle \tau’ = \frac{L}{R’+r}\) ; donc : \(L = \tau’.(R’+r)\) A.N : \(L = 10\times 10^{-3} \times (50+10)\) ; Alors : \(L = 0{,}6\ H\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 1.7. | Une augmentation de la résistance du dipôle RL entraîne une diminution de la constante de temps \(\tau\), donc une réponse plus rapide, et une diminution de l’intensité du courant en régime permanent \(I\). | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 2 : Circuit RLC série | ||||||||||||||||||||||||||
| 2.1. |
Graphiquement la période de l’énergie : \(T_e = 25\ ms\) On a : \(T = 2T_e\) ; Alors \(T = 50\ ms\) |
0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 2.2. |
On a : \(T = T_0\) ; D’autre part : \(T_0 = 2\pi.\sqrt{LC}\) ; Donc : \(T = 2\pi.\sqrt{LC}\) ; Alors : \(\displaystyle C = \frac{T^2}{4\pi^2.L}\) A.N : \(\displaystyle C = \frac{(50\times 10^{-3})^2}{40\times 0,6}\) ; \(C = 1{,}04.10^{-4}\ F\) Soit : \(C = 104\ \mu F\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 2.3. |
\(\Delta E_T = E_T(t_1) – E_T(t_0) = (E_e(t_1) + E_m(t_1)) – (E_e(t_0) + E_m(t_0))\) ; Aux instants \(t_1\) et \(t_0\) l’énergie électrique \(E_e\) est maximale, Donc : \(E_m(t_1) = E_m(t_0) = 0\) ; D’où : \(\Delta E_T = E_e(t_1) – E_e(t_0)\) A.N : \(\Delta E_T = 0{,}5 – 2{,}25\) ; \(\Delta E_T = -1{,}75\ mJ\) La diminution de l’énergie totale dans le circuit RLC est due à la dissipation de l’énergie totale par effet Joule dans les résistances du circuit. |
0,5 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| Exercice 3 : Étude des systèmes mécaniques | ||||||||||||||||||||||||||
| Partie 1 : Étude d’une chute libre verticale | ||||||||||||||||||||||||||
| 1. | La chambre étant sous vide, il n’y a ni frottement de l’air ni poussée d’Archimède. La boule et la plume ne sont donc soumises qu’à leur poids. Elles sont alors en chute libre. | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 2. |
|
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 3. | L’accélération de la boule est constante et sa trajectoire est une droite, donc son mouvement est un mouvement rectiligne uniformément varié | 0,25 | ||||||||||||||||||||||||
| 4. | Proposition vraie : C | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 5. |
On a : \(\displaystyle a_{1G} = \frac{dv_G}{dt} = 10\ m.s^{-2}\) ; Donc : \(v_G(t) = 10t\) ; avec \(v_G(0) = 0\ m.s^{-1}\) D’où : \(x(t) = 5t^2\) Lorsque la boule arrive au sol \(x(t) = h\) ; Donc : \(5t_S^2 = h\) ; d’où : \(\displaystyle t_S = \sqrt{\frac{h}{5}}\) ; A.N : \(\displaystyle t_S = \sqrt{\frac{30}{5}}\) ; \(t_S = 2{,}45\ s\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 6. | On a : \(v_{G;S} = 10t_S\) ; A.N : \(v_{G;S} = 10 \times 2{,}45\) ; alors : \(v_{G;S} = 24{,}5\ m.s^{-1}\) | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| Partie 2 : Étude du Système oscillant {boule – ressort} | ||||||||||||||||||||||||||
| 1. |
Graphiquement : \(T_0 = 2\ s\) On a : \(\displaystyle x(t) = X_m.\cos\left(\frac{2\pi}{T_0}.t\right)\) donc : \(\displaystyle \dot{x}(t) = -X_m\frac{2\pi}{T_0}.\sin\left(\frac{2\pi}{T_0}.t\right)\) d’où : \(\displaystyle \dot{x}_m = X_m\frac{2\pi}{T_0}\) ; alors : \(\displaystyle X_m = \dot{x}_m\frac{T_0}{2\pi}\) A.N : \(\displaystyle X_m = 0{,}125 \times \frac{2}{2\pi}\) ; \(X_m \approx 4\ cm\) |
0,25 0,75 | ||||||||||||||||||||||||
| 2. |
On a : \(\displaystyle T_0 = 2\pi\sqrt{\frac{m_1}{K}}\) ; Donc : \(\displaystyle K = \frac{4\pi^2.m_1}{T_0^2}\) ; A.N : \(\displaystyle K = \frac{40\times 3}{2^2}\) Alors : \(K = 30\ N.m^{-1}\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 3. | La boule est soumise à trois forces \(\vec{P}\), \(\vec{R}\) et \(\vec{T}\). La seule force qui travaille \(\vec{T}\) est conservative, donc l’énergie mécanique du système se conserve. | 0,5 | ||||||||||||||||||||||||
| 4. |
On a : \(\displaystyle E_m = E_{pe;max} = \frac{1}{2}K.(X_m)^2\) ; \(\displaystyle E_m = \frac{1}{2}\times 30 \times (4.10^{-2})^2\) ; \(E_m = 2{,}4.10^{-2}\ J\) |
0,5 | ||||||||||||||||||||||||
