Transcript DS 03

PHYSIQUE. COMMENT DETERMINER LE RELIEF DU FOND MARIN
AVEC UN SONDEUR ? (10 points)
Amérique du nord 2007
Les trois parties de l’exercice sont indépendantes
1. Étude de l’onde ultrasonore dans l’eau de mer.
1.1 Définir une onde mécanique progressive.
1.2 L’onde ultrasonore est-elle une onde longitudinale ou transversale ? Justifier la réponse.
1.3 La lumière est une onde progressive périodique mais elle n’est pas mécanique.
1.3.1 Citer un fait expérimental qui permet de décrire la lumière comme une onde.
1.3.2 Quelle observation permet de montrer que la lumière n’est pas une onde
mécanique ?
2. Détermination de la célérité des ondes ultrasonores dans l’eau.
La célérité des ultrasons dans l’air vair = 340 m.s
ultrasons dans l’eau de mer veau.
-1
est plus faible que la célérité des
Un émetteur produit simultanément des salves d’ondes ultrasonores dans un tube
rempli d’eau de mer et dans l’air (voir figure 1). À une distance d de l’émetteur d’ondes ultrasonores,
sont placés deux récepteurs, l’un dans l’air et l’autre dans l’eau de mer.
Le récepteur A est relié à l’entrée A du système d’acquisition d’un ordinateur et le
récepteur B à l’entrée B. L’acquisition commence lorsqu’un signal est reçu sur l’entrée
B du système.
Émetteur
d
12 V continu
Récepteur A
Entrée A
Récepteur B
Entrée B
eau de mer
Figure 1
2.1 Pourquoi est-il nécessaire de déclencher l’acquisition lorsqu’un signal est reçu sur
l’entrée B ?
2.2 Donner l’expression du retard ∆t entre la réception des ultrasons par les deux
récepteurs en fonction de tA et tB, durées que mettent les ultrasons pour parcourir respectivement la
distance d dans l’air et dans l’eau de mer.
2.3 On détermine ∆t pour différentes distances d entre l’émetteur et les récepteurs. On traite les
données avec un tableur et on obtient le graphe ∆t = f(d) ci-dessous.
∆t
(ms)
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
d
(m)
∆t = f(d)
0
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00 1,10
2.3.1 Donner l’expression de ∆t en fonction de d , vair, veau.
2.3.2 Justifier l’allure de la courbe obtenue.
2.3.3 Déterminer graphiquement le coefficient directeur de la droite ∆t = f(d). En
déduire la valeur de la célérité veau des ultrasons dans l’eau de mer en prenant
-1
vair = 340 m.s .
3. Détermination du relief des fonds marins.
3
-1
Dans cette partie on prendra veau = 1,50×10 m.s .
Un sondeur acoustique classique est composé d’une sonde comportant un émetteur
et un récepteur d’onde ultrasonore de fréquence f = 200 kHz et d’un boîtier de contrôle
ayant un écran qui visualise le relief des fonds sous-marins.
La sonde envoie des salves d’ultrasons verticalement en direction du fond à des
intervalles de temps réguliers ; cette onde ultrasonore se déplace dans l’eau à une
vitesse constante veau. Quand elle rencontre un obstacle, une partie de l’onde est
réfléchie et renvoyée vers la source. La détermination du retard entre l’émission et la
réception du signal permet de calculer la profondeur p.
Un bateau se déplace en ligne droite suivant un axe x’x en explorant le fond depuis le
point A xA = 0 m jusqu’au point B xB = 50 m (figure 2).
Le sondeur émet des salves d’ultrasons à intervalles de temps égaux, on mesure à
l’aide d’un oscilloscope la durée ∆t séparant l’émission de la salve de la réception de
son écho.
1,20
3.1
L’oscillogramme ci-dessous montre l’écran d’un oscilloscope lorsque le bateau se
trouve en A (xA = 0 m). L’une des voies représente le signal émis, l’autre le signal
reçu par le récepteur.
Sur l’oscillogramme, on a décalé la voie 2 vers le bas pour distinguer nettement les deux
signaux.
Sensibilité
Horizontale :
10 ms / div
Oscillogramme
La figure 3 se trouvant sur l’annexe à rendre avec la copie représente ∆t = f(x)
lorsque le bateau se déplace de A vers B.
3.1.1 Identifier les signaux observés sur chaque voie, en justifiant.
3.1.2 À partir de l’oscillogramme, déterminer la durée ∆t entre l’émission de la salve
et la réception de son écho.
3.1.3 En déduire la graduation de l’axe des ordonnées de la figure 3 se trouvant
sur l’annexe à rendre avec la copie représentant la durée ∆t en fonction de
la position x du bateau.
3.2 Déterminer la relation permettant de calculer la profondeur p en fonction de ∆t et veau.
3.3 Tracer sur la figure 4 se trouvant sur l’annexe à rendre avec la copie, l’allure du
fond marin exploré en précisant la profondeur p en mètres en fonction de la position
x du bateau.
3.4
Le sondeur envoie des salves d’ultrasons à intervalles de temps réguliers T. Pour
une bonne réception, le signal émis et son écho ne doivent pas se chevaucher. Le
sondeur est utilisable jusqu’à une profondeur de 360 m.
Déterminer la période minimale Tm des salves d’ultrasons permettant ce
fonctionnement.
CHIMIE 1. ODEURS, AROMES, PARFUMS
M. Schwaederlé – Lycée Mermoz à Saint Louis 11/2012
(05 points)
Le 4-éthylphénol (composé A) contribue à donner à certains vins une odeur désagréable, de sueur ou
-1
de cuir, détectable dès que sa teneur dépasse 500 µg·L .
Le 2-phényléthanol (composé B) est naturellement présent dans les essences de rose, de géranium
et dans certains vins blancs. Le phényléthanal (composé C) a été mis en évidence dans des céréales,
dans le chocolat et dans diverses fleurs. Des insectes l'utilisent pour communiquer.
L’acide phényléthanoïque (composé D) est un solide qui présente une odeur florale et sucrée ; l'un de
ses dérivés le phényléthanoate d'éthyle (composé E) participe à l'arôme du miel. Bien que présents
dans de nombreuses substances naturelles, ces composés sont synthétisés industriellement.
Analyses spectrales
Les documents 1 et 2 donnent respectivement des extraits des spectres infrarouge des composés A
et B. Le spectre du composé A a été obtenu à partir d'une solution diluée de A dans le
tétrachlorométhane alors que celui du composé B l'a été à partir de B pur à l'état liquide.
Les documents 3 et 4 donnent les spectres de RMN des composés A et B.
1.
Déterminer les formules brutes de A et B. Que remarque-t-on ? Soyez précis dans votre
réponse
2.
Identifier les groupes caractéristiques et les fonctions des composés C, D et E.
3.
À l'aide du tableau 1, attribuer les bandes d'absorption notées a, b, c, d, g, h, i et j aux
liaisons présentes dans les molécules de A et B.
4.
La dégustation d’un vin blanc conduit à envisager la présence de traces des composés A et
B. Sachant que le vin est un mélange principalement constitué d'eau et d'éthanol, quelles
sont les bandes d'absorption caractéristiques des constituants majoritaires du vin ?
5.
Indiquer alors de quelle manière les composés A et B trahissent leur présence dans le
spectre infrarouge d’une goutte de ce vin.
6.
À partir de l'analyse des multiplicités de quelques signaux, attribuer les spectres de RMN
des documents 3 et 4 aux composés A et B.
7.
Déterminer le nombre de signaux de chaque type (singulet, doublet,…) présents dans le
spectre RMN de la molécule C sachant que les 5 protons du cycle aromatique y
apparaissent sous la forme d’un simple singulet. On négligera le singulet du signal de
référence (δ = 0)
Tableau 1 : bandes d'absorption de quelques liaisons en infrarouge
Tableau 2 : déplacement chimique δ(ppm) de quelques protons
Ar désigne un composé avec un cycle aromatique comme le benzène
R désigne un radical alkyl et –CO– correspond au groupe C=O.
ou ses dérivés.
CHIMIE 2. LA CHIMIE POUR NETTOYER LES LENTILLES DE CONTACT (5 points)
Nouvelle Calédonie 11/2009
L'AOSEPT  était commercialisé il y a quelques années chez les opticiens et les pharmaciens pour le
nettoyage et la décontamination des lentilles de contact.
Ce produit comprend une solution aqueuse et un étui porte-Ientilles muni d'un disque catalytique.
Le disque catalytique est constitué d'un support en plastique sur lequel a été déposée une fine couche
de platine.
La notice du produit indique que la solution aqueuse contient, entre autres, du peroxyde d'hydrogène
ou eau oxygénée à 3% en masse et du chlorure de sodium (0,85 g pour 100 mL de solution).
Les ions chlorure apportés par le chlorure de sodium sont dosés selon une méthode décrite cidessous.
Toutes les mesures sont effectuées à 25°C.
À l’aide d'une solution S0 de chlorure de sodium de concentration molaire en soluté
–1
–1
apporté 1,0 × 10 mol·L , on prépare des solutions diluées de concentrations c
–2
–1
–2
–1
–3
–1
–3
–1
décroissantes : 2,5 × 10 mol·L ; 1,0 × 10 mol·L ; 5,0 × 10 mol·L ; 1,0 × 10 mol·L .
On mesure la conductivité de la solution S0 et celle des solutions diluées en plongeant dans
chaque solution la même cellule de conductimétrie
Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous :
Solution fille
S1
S2
S3
S4
Concentration
(mol.L−1)
Conductivité
(mS.cm-1)
2,5×10−2
1,0×0−2
5,0×10−3
1,0×10−3
3,1
1,25
0,62
0,13
On dilue dix fois la solution commerciale d’AOSEPT ; on note S la solution diluée. On plonge
ensuite la même cellule de conductimétrie dans S ; la conductivité mesurée est égale à
–1
1,8 mS.cm .
1. On distingue les dosages par étalonnage et par titrage. A quel type de dosage
correspond le mode opératoire utilisé ?
2. Tracer sur papier millimétré donné le document 2 de l’ANNEXE, À RENDRE AVEC LA COPIE la
courbe d'étalonnage σ = f(c)
Échelle :
-1
• 4 cm pour 1 mS.cm en conductivité
−2
• 1 cm pour 1,0 ×10 mol.L−1 en concentration.
3. Quelle relation peut-on établir entre la conductivité σ et la concentration c de la solution ?
4. Proposer le protocole expérimental qui permet de préparer la solution diluée S. Vous disposez de
tout le matériel du laboratoire.
5. Déterminer la concentration molaire du chlorure de sodium dans la solution diluée S puis dans la
solution commerciale d’AOSEPT  en expliquant comment sont exploités les résultats expérimentaux
donnés SUR LA FIGURE 1 DE L'ANNEXE.
6. En déduire la concentration massique du chlorure de sodium notée cm1 dans la solution
commerciale.
–1
–1
Données:
M (Na) = 23,0 g.mol
M (Cl) = 35,5 g.mol
ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE
NOM : ………………………………………………….
PRENOM : …………………………….
figure 4