Physique chimie.
Partie A - Mise à l’eau du sous-marin (11 points)
Le sous-marin est suspendu par le câble d’une grue depuis l’arrière d’un bateau.
Le sous-marin est descendu verticalement à vitesse constante.
1. À l’aide d’une
phrase, décrire le mouvement du sous-marin lors de sa descente en
s’appuyant sur deux des propositions suivantes :
rectiligne / circulaire / mouvement dont la vitesse varie / uniforme.
Le mouvement du sous-marin est rectiligne uniforme.
Le sous-marin subit une action mécanique exercée par le câble et une action mécanique exercée par la Terre (son poids).
2. Indiquer, pour chacune des deux actions mécaniques, s’il s’agit d’une action à distance ou de contact.
L'action du cable est une action mécanique de contact.
Le poids est une action mécanique à distance.
3. Préciser la direction et le sens de chacune des deux forces modélisant ces deux actions mécaniques.
Poids : verticale vers le bas.
Action du câble : verticale, vers le haut.
Pour plonger sous la surface de l’eau, le sous-marin doit avoir une masse volumique, notée
rS, supérieure à celle de l’eau de mer, notée
re. Pour cela, ses ballasts (réservoirs) sont remplis avec de l’eau.
4. Montrer que lorsque les ballasts sont remplis d’eau, le sous-marin peut effectivement descendre.
Masse volumique de l’eau de mer :
re = 1 025 kg/m
3.
- Volume du sous-marin : V = 7,5 m
3.
- Masse totale du sous-marin lorsque les ballasts sont remplis d’eau : m = 8350 kg.
Poids du sous-marin : P = mg = 8350 x10 =83 500 N.
Poussée d'Archimède : V
re g=7,5 x 1025 x10 =76 875 N.
Le poids étant supérieur à la poussée d'Archimède, le sous-marin va descendre.
Partie B - Système de recyclage de l’air (9 points)
Dans le sous-marin, le dioxyde de carbone rejeté par les occupants est
éliminé par un système de recyclage de l’air reposant sur une
transformation chimique.
Cette transformation chimique est décrite par l’équation de réaction :
CaO
2H
2 +CO
2 --> CaCO
3 +H
2O.
5. Donner le nom du produit de la réaction dont la formule chimique est H
2O.
Eau.
6. Préciser le nom et le nombre de chacun des atomes présents dans la formule chimique CaO
2H
2.
Un atome de calcium ; 2 atomes d'oxygène et 2 atomes d'hydrogène.
7. Montrer, en
s’appuyant sur l’équation de la réaction chimique, que le système de
recyclage permet bien d’éliminer le dioxyde de carbone.
Le dioxyde de carbone est l'un des réatifs ; il disparaît.
En faisant réagir 5,0 g de l’espèce chimique CaO
2H
2, on récupère 6,8 g de CaCO
3 et 1,2 g de H
2O.
8. Déterminer, en justifiant, la masse de CO
2 éliminée lors de cette réaction chimique.
La masse des réactifs est égale à la masse des produits.
Masse des produits : 6,8 +1,2 = 8,0 g.
Masse de CO
2 éliminé : 8,0 -5,0 = 3,0 g.
Partie C - Choix des batteries (5 points)
On souhaite réaliser l’exploration d’une épave avec un sous-marin équipé d’un moteur électrique dont la puissance est P = 8 kW.
La durée de l’exploration est de 3 h minimum. Pour un bon
fonctionnement du sous-marin, il est impératif que la masse des
batteries ne dépasse pas 200 kg.
9. Parmi les batteries suivantes, choisir celle(s) correspondant aux conditions imposées.
Energie minimum stockée par les batteries : 8 x 3 = 24 kWh.
Seule la batterie de type C convient.
