TD Physique Chimie Tle D (Mécanique-Electricité-Solution Aqueuse)

EXERCICE I : Mécanique

Un plat de riz bien protégé, assimilable à un point matériel, est lancé depuis le point A sur un plan incliné d’un angle α = 30° par rapport à l’horizontale. On néglige les frottements sur le plan AB. La longueur du plan AB est L = 2 m (voir figure)

Le plat arrive en B avec nu vecteur vitesse B de vitesse B= 10 m/s on prendra g = 9,8 m/s2.[pic 3][pic 1][pic 2]

1. Etude du mouvement du plat sur le plan incliné AB

1. Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le plat
2. Calculer la valeur de la vitesse A de lancement au point A[pic 4]
3. Représenter le vecteur Vitesse B au point B[pic 5]

1. Etude du mouvement du plat dans le champ de pesanteur uniforme

A partir du point B, le plat entre dans le champ de pesanteur uniforme. On néglige les frottements de l’air. Le plat de riz tombe au fond d’une prison à la distance h = 5 m en dessous du point B.

1. Déterminer les équations horaires du mouvement du plat dans le repère (B ; ;), en considérant qu’à l’instant initial, le plat se trouve au point B.[pic 6][pic 7]
2. En déduire l’équation Cartésienne de la trajectoire du plat
3. Déterminer tE, date à laquelle le plat arrive au fond de la prison en E.
4. Calculer l’abscisse XE du point E.

1. Etude du mouvement des prisonniers

Deux prisonniers très affamés assimilés à des matériels mobiles que nous nommerons P1 et P2 se trouve dans la cours de la prison. P1 ayant vu le plat le premier, part du point C avec une vitesse constante 1 = 15 m/s[pic 8]

4 s après le départ de P1, P2 qui vient de voir le plat démarre du point D avec une accélération

 a2 = 6 m/s2

1. Etablir les équations horaires du mouvement de chaque prisonnier selon l’axe (B ; x)
2. Calculer le temps mis par chacun des prisonniers pour arriver au point E
3. Lequel des prisonniers prendra le plat ?

On donne xC = - 18 m ; xD = - 10 m

NB : xC et xD sont les abscisses des points C et D sur l’axe (B ; x)

EXERCICE II : Electricité

Une bobine de longueur l = 50 cm comporte 400 spires de 2 cm de diamètre. L’axe de cette bobine, horizontale, est perpendiculaire au plan du méridien magnétique du lieu. Une aiguille aimantée horizontale mobile autour d’un axe est placé au centre C de cette bobine (Voir figure ci-dessous)

[pic 9]

1. Montrer que la bobine peut être considérée comme un solénoïde
2. Reproduire le schéma de la bobine ci-dessus et :

1. Indiquer le sens du courant à l’intérieur de la bobine et les faces de la bobine.
2. Représenter les lignes de champ à l’intérieur et à l’extérieur de la bobine.

1. Reproduire le même schéma de la bobine en représentant

1. Le champ magnétique b créé par la bobine[pic 10]
2. La composante horizontale n du champ magnétique terrestre. [pic 11]
3. Le champ magnétique résultat  [pic 12]

1. Lorsqu’un courant continue d’intensité I parcourt la bobine, l’aiguille aimantée tourne d’un angle θ = 60°

1. Déterminer

1. La valeur du champ magnétique résultant de [pic 13]
2. La valeur du champ magnétique b créée par la bobine [pic 14]

1. Pour utiliser cette bobine, on se propose de déterminer le nombre de sphère par unité de longueur. Pour se faire, on mesure la valeur du champ magnétique à l’intérieur de la bobine en faisant varier l’intensité du courant qui la traverse.

1. Faire le schéma du dispositif expérimental
2. Donner l’expression de l’intensité du champ magnétique b en fonction de n, I et μ0 [pic 15]
3. Déterminer le nombre de spires par unité de longueur de cette bobine.
4. Calculer la valeur du champ magnétique b’ créé par la bobine pour I = 34 mA.[pic 16]
5. Comparer la valeur théorique b et la valeur expérimentale b’. Conclure[pic 17][pic 18]

On donne n = 2.10-5T ; μ0 = 4ℼ.10-7 SI[pic 19]

Exercice III : Solutions aqueuses

Dans une fiole jaugée de 250 ml, on introduit :

• 30 ml d’une solution de chlorure de sodium NaCl à 0,8 mol.L-1 
• 3.10-2 mol d’une solution de chlorure de calcium CaCl2.
• 148 mg d’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 (solide ionique).

1. On complète avec l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

1. Ecrire les équations de dissolution des composés ioniques ci-dessus dans l’eau.
2. Faire l’inventaire des espèces chimiques présentes dans la solution et calculer les concentrations des ions.
3. Vérifier l’électroneutralité de la solution S obtenue
4. Calculer le pH de cette solution.

1. A partir de 10 ml de la solution S, on désire préparer une solution S1de PH = 11,2 par dilution.

1. Qu’est-ce qu’une dilution ?
2. Déterminer le volume d’eau à ajouter à 10 ml de S.
3. Donner la liste de matériel à choisir et indiquer le mode opératoire.

1. On ajoute à 20 ml de la solution S1 20 ml d’une solution d’hydroxyde de sodium pH = 12.

1. Déterminer la concentration en ions hydroxyde de la solution S2 obtenue.
2. En déduire le pH de cette solution.

1. Classer les solutions S, S1, et S2 par basicité croissante.

Données : M (g.mol-1). Ca : 40 ; O : 16 ; H : 1

Exercice IV

On cherche à déterminer la formule semis développée d’un ester E.

1. La masse molaire moléculaire de E est 116 g/mol. Déterminer sa formule brute
2. L’hydrolyse de E produit deux corps A et B :

• Le corps A peut être obtenu par hydratation d’un alcène C à 4 atomes de carbone.

1. Ecrire les formules semi-développées possibles de l’alcène C et préciser leur nom.
2. Sachant que l’hydratation de C donne uniquement le composé A, écrire l’équation bilan de cette hydratation. Préciser le nom de A.

• Le composé B est obtenu à partir d’un alcool D par suite de réaction

[pic 20]

1. Préciser les fonctions, formules semi-développées et noms de F et B.
2. Proposer une expérience (nom et résultat) qui permettre d’identifier exclusivement la fonction de F.
3. Le composé B réagit avec le chlorure de thionyle SOCl2 pour produire entre autre le composé organique G ; en présence du déshydratant P4O10 ; B donne le composé Q et de l’eau.

Ecrire les équations bilans de ces deux réactions et préciser les noms et les formules semi-développées de G et Q.

1. E peut être obtenu de différentes manières :[pic 21]

1. Écrire l’équation bilan de chacune des réactions (1), (2), (3) et préciser leurs caractéristiques.
2. Préciser la formule semi-développée et le nom du composé E.

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