Transcript DS n° 3 – Gravitation universelle-référentiels

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15 janvier 2014
DS n° 3 – Gravitation universelle-référentiels- classification périodique
Secondes 2-5--7
La présentation des questions rédigées doit être soignée. Les réponses devront être argumentées .Veillez à donner vos réponses
numériques avec le bon nombre de chiffres significatifs La calculatrice , la classification périodique, le repère méthodologique 3a etb
sont autorisés.
Si les histoires des « super-héros » nourrissent l’imaginaire de leurs lecteurs, pourquoi ne seraient-elles
pas aussi un moyen d’exercer son imagination scientifique. Les exploits de Superman peuvent –ils trouver
une explication plausible dans le cadre de la physique ?
Le scénariste qui a inventé la composition de la fameuse kryptonite pour le film Superman Returns
n’imaginait sans doute pas que ce minerai existait vraiment –à un ingrédient près. Le géant minier Rio Tinto
a fait appel à des chercheurs pour analyser un minerai inconnu mis au jour dans une des mines à Jadar, en
Serbie. De fait, il s’agit d’une nouvelle sorte de minerai, un borosilicate hydraté de sodium et de lithium.
Pour la petite histoire, Chris Stanley relate sur le site du Muséum qu’il a eu la surprise de découvrir que ce
minerai avaient déjà été décrit… dans une œuvre de science fiction. Scannant la Toile avec le moteur de
recherche Google, le minéralogiste a découvert dans un article de Wikipédia que la kryptonite volée dans le
film Superman Returns (2006) avait la même composition, avec du fluor en plus.
Contrairement aux pierres lumineuses vertes ou rouges affectant Superman, la vraie "kryptonite" est blanche
et d'aspect poudreux. Elle n'est pas radioactive et n'a pas non plus été extraite sur la planète Krypton, qui lui
a donné son nom dans la fiction. Le gaz krypton, qui existe dans la réalité, n'est pas contenu dans la jadarite,
ce qui a empêché qu'elle soit officiellement baptisée kryptonite.
D’après les recherches effectuées jusqu’à présent, il a été conformé l’existence de quelque 125,3 millions de
tonnes de jadarite avec une teneur moyenne de 1,85% d’oxyde de lithium et 16,2 millions de tonnes d’acide
borique. Le lithium est l’élément le plus important dans la fabrication des batteries pour les automobiles
électriques et hybrides, de piles pour les téléphones et ordinateurs portables et d’autres dispositifs
électroniques. Les experts estiment que d’ici en 2017, la demande en ce métal dans le monde doublera.
(Céline Dumas Sciences et avenir.com 24/04/07)
Exercice 1
C17 Cortège électronique- Couche externe
La Jadarite ou Kryptonite contient plusieurs éléments chimiques mais pas de Krypton.
1
Le krypton est un gaz noble appartenant à la 4 ème période. Quelle est la propriété particulière de ce gaz ? A
quoi est-elle due ?
L’élément Krypton appartient à la huitième colonne : famille des gaz nobles, il présente une grande inertie
chimique. On dit aussi qu’il a une grande stabilité, cette propriété chimique est due à la configuration particulière
de la couche externe du cortège électronique de son atome qui possède 8 électrons.
2
Quel élément chimique, présent dans la Jadarite, est utile dans la fabrication des automobiles du futur ?
L’élément lithium est nécessaire à la fabrication des batteries des voitures électriques.
En utilisant la classification périodique, donner la formule électronique du cortège électronique de son atome, en
déduire le nombre d’électrons sur la couche externe.
L’élément lithium appartient à la deuxième période et la première famille, son atome possède alors 2 couches :K et
L et renferme 1 électrons sur la couche externe L. La configuration électronique de l’atome de lithium est donc
2
1
(K) (L)
Exercice 2
C18 Règle du duet et de l’octet et ions monoatomiques
La composition de la Jadarite est semblable à celle de la Krytonite à un élément près. Quel est cet élément ?
Il s’agit de l’élément fluor
A quelle famille chimique appartient-il ? Prévoir la charge électrique excédentaire portée par l’ion manquant dans la
Jadarite, en déduire sa formule chimique.
On demande une argumentation utilisant la règle de l’octet ou du duet.
L’élément fluor appartient à la famille des halogènes (7èmecolonne).La couche externe du cortège électronique de
son atome renferme 7 électrons, pour atteindre la configuration électronique externe en octet du néon : gaz noble
le plus proche, l’atome de fluor devra alors gagner 1 électron. L’ion fluorure ainsi formé possède 8 charges
négatives et 7 charges positives, il est donc porteur d’une charge électrique négative excédentaire, sa formule
chimique est
Exercice 3
C19
F-
Classification périodique et ions monoatomiques
La Jadarite contient de l’oxyde de sodium
1
Rechercher la position du sodium et celle de l’oxygène dans le tableau périodique.
L’élément sodium appartient à la troisième période et la première famille.
L’élément oxygène appartient à la deuxième période et la sixième famille.
2
En déduire, en utilisant les propriétés de la classification périodique, les formules des ions monoatomiques
qu’ils peuvent former. Argumenter
Appartenant à la première colonne de la classification périodique, l’atome de sodium va perdre un électron pour
+
former l’ion sodium Na .
Appartenant à la sixième colonne de la classification périodique, l’atome d’oxygène va gagner deux électrons pour
2former l’ion sodium O .
3
En déduire la formule de l’oxyde de sodium à l’état solide
Pour réaliser l’électroneutralité du cristal d’oxyde de sodium, la proportion d’ions est de deux ions sodium pour un
ion oxygène. Soit Na2O(s)
Exercice 4
C20
Nature du mouvement et référentiel
Pour « ressusciter » Loïs, Superman inverse le sens de rotation de la Terre. …….. ????
Superman est en orbite autour de la Terre à 6380 km d’altitude, il fait 8 tours par seconde. Son mouvement est
supposé circulaire uniforme dans le référentiel géocentrique. Sachant que le rayon de la Terre est de 6380 km.
1
Calculer sa vitesse orbitale en km/s.
Calculons le rayon de l’orbite dans le référentiel géocentrique
R=Rt+z
Avec Rt : rayon de la Terre et z :altitude de Superman
R=6380+6380
R=12760 km
Calculons la vitesse orbitale
Sachant que Superman fait 8 tours par seconde alors sa vitesse orbitale est
2
Quelle est l’erreur scientifique de ce scénario ?
La vitesse de Superman est supérieure à celle de la lumière :
déplacer à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière.
.Un corps fait de matière ne peut se
3
Ceci est un enregistrement fictif des positions de la Terre et de Clark (en rouge) allias Superman dans le plan
de l’écliptique, lors d’un de ses déplacements.
C9
C 10
C8
T11
C7
C 11
T10
T0
C6
C5
T9
T1
C4
C3
C2
T2
T8
C1
C0
T3
T7
T4
T6
T5
a)Dans quel référentiel ces positions sont-elles données ?
Ces positions sont données dans le référentiel héliocentrique
b) Tracer le repère associé à ce référentiel (deux dimensions), quelle est son origine ?
Son origine est le centre du soleil
c) Tracer la trajectoire de la Terre dans ce référentiel
d) Les positions de la Terre sont prises à intervalle de temps régulier, quel est cet intervalle ?
Il y a 12 positions à intervalle de temps régulier donc les postions sont prises tous les mois.
e) A l’aide d’un calque déterminer les positions de Superman dans le référentiel géocentrique
Exercice 5
C21
Force gravitationnelle
Lorsque Superman est satellisé à l’altitude 6380 km, quelle est la valeur de la force gravitationnelle exercée par la
Terre sur Superman.
Données : masse de la Terre : 5.98x1024 kg, masse de superman : 201 kg , Rayon de la Terre : 6.38x103km
1
Valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur Superman :
Exercice 6
C22
1
1
Pesanteur et force gravitationnelle
Calculer la valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur Superman de masse 201kg à l’altitude 0
Valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur superman à l’altitude 0 :
2
Calculer le poids de Superman en utilisant la donnée de l’intensité de la pesanteur terrestre
Poids de Superman : P
3
Comparer la force gravitationnelle exercée par la Terre sur Superman et son poids
Le poids de Superman est égal à la valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur Superman
Données : G=6.67x10-11N.m2.kg-2 Masse de la terre :5.98x1024 kg Rayon de la Terre : 6.38x106m
Intensité de la pesanteur terrestre : 9.81 N.kg-1
Exercice 7
7
C23
Intensité de la pesanteur fictive de Krypton
Avant de partir pour la Terre Superman a réalisé une expérience permettant de déterminer l’intensité de la pesanteur
de Krypton
Les valeurs des poids P de différents corps de masse m à la surface de Krypton sont rassemblés dans le tableau
suivant :
m(kg)
P(N)
1.0 x 10-1
29.4
2.0 x 10-1
58.9
1
Représenter graphiquement P=f(m)
2
Calculer l’intensité de la pesanteur sur Krypton.
5.0 x 10-1
147
7.0 x 10-1
206
1.0
294
3
Comparer l’intensité de la pesanteur terrestre à celle de krypton.
texte ?
Est-ce en accord avec les indications du
Le texte indique que l’intensité de la pesanteur de krypton serait environ 30 fois supérieure à celle de la Terre, nos
calculs sont en accord avec ces indications.
Note/10
Compétences non maîtrisées
Compétences insuffisamment
maîtrisées
Compétences maîtrisées
Compétences bien maîtrisées
0 pt
1 pt
2 pts
4 pts
Note/ 10