Physique chimie.
Balisage en mer.
En mer, les dangers peuvent être indiqués par des bouées de balisage émettant des signaux sonores ou lumineux.
Partie A - Son émis par une bouée (4 points)
Certaines bouées émettent des signaux sonores pour avertir les marins.
Pour être perçu par l’oreille humaine, le son doit avoir une fréquence
appartenant à certains domaines de perception.
1. Une bouée émet un signal sonore de fréquence 85 Hz. Indiquer à quel domaine de perception ce signal appartient.
85 Hz est compris entre 20 et 200 Hz, domaine des sons graves.
2. Préciser la raison pour laquelle un signal de fréquence 25 000 Hz ne peut pas convenir pour avertir les marins.
25 kHz appartient au domaine des ultrasons, non perceptibles par l'oreille humaine.
Partie B - Obstacle signalé par une bouée (5 points)
Certaines bouées émettent simultanément un signal sonore et un signal
lumineux. Il est alors possible d’estimer la distance à laquelle se
trouve cette bouée en comptant le nombre de secondes entre la réception
de la lumière et la réception du son.
3. Parmi les 4 schémas ci-dessous, indiquer celui pour lequel la
propagation de la lumière depuis la bouée jusqu’à l’oeil du marin est
correctement représentée avec le modèle du rayon lumineux.
Un marin entend le signal sonore émis par une bouée 2 secondes après avoir vu le signal lumineux.
4. En considérant
que la lumière parvient quasi-instantanément à l’oeil, déterminer la
distance d (en mètre) séparant la bouée du marin.
Donnée : vitesse de propagation du son dans l’air v
son = 330 m/s.
330 x 2 = 660 m.
Partie C - Remplacement d’une bouée flottante (5 points)
Lorsqu’une bouée est endommagée, elle est sortie de l’eau par un bateau-grue à l’aide d’un câble pour effectuer des réparations.
On considère une bouée de poids P = 12 000 N.
5. Schématiser la
bouée par un triangle et représenter le poids de la bouée par un
segment fléché en prenant pour échelle : 1 cm représente 2 000 N.
Longueur de la flèche : 12 000 / 2000 = 6 cm.
La bouée ne peut être mise en mouvement que si la valeur de la force
exercée par le câble est au moins égale à la valeur du poids de la
bouée.
6. Montrer que cette bouée peut être sortie par un bateau-grue ayant une capacité de levage de 1 500 kg.
Donnée : g = 10 N/kg.
Masse de la bouée : P / g = 12 000 / 10 = 1 200 kg, valeur inférieure à la capacité de levage.
Partie D – Caractéristiques des eaux de mer et choix d’une bouée flottante adaptée (11 points)
7. Donner le nom et le nombre de chacun des atomes présents dans la formule chimique H2O.
Deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
8. Préciser si l’eau de mer est une solution acide ou une solution basique. Justifier.
Le pH de l'eau de mer varie entre 7,5 et 8,2, valeurs supérieures à 7 : donc milieu légèrement basique.
Un atome de sodium contient 11 protons, 12 neutrons et des électrons.
Un atome de sodium qui perd un électron devient un ion sodium Na+.
9. Donner la composition complète d’un ion sodium Na+ en précisant le nombres de protons, le nombre de neutrons et le nombre d’électrons.
11 protons, 12 neutrons et 11-1 = 10 électrons.
En prenant une grande marge de sécurité, on considère qu’une bouée est
adaptée si la valeur de la masse volumique de l’eau où elle se trouve
est au moins 4 fois supérieure à celle de la bouée.
On dispose d’une bouée ayant les caractéristiques suivantes :
Masse de la bouée m = 1 200 kg. Volume de la bouée V = 4,6 m3.
10. Déterminer le(s) lieu(x)où cette bouée peut être employée en tenant compte de la marge de sécurité.
Masse volumique de la bouée = masse / volume = 1200 / 4,6 =260,9 kg / m3.
Masse volumique minimale de l'eau de mer : 4 x 260,9 =1043 kg / m3.
Mer Morte ( 1240 kg / m3).
