Corrigé du bac S Physique-Chimie Obligatoire 2016 - Métropole

1 Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole Corrig du bac 2016 : Physique-Chimie Obligatoire S rie S M tropole BACCALAUR AT G N RAL Session 2016 Physique-Chimie S rie S Enseignement Obligatoire Dur e de l preuve : 3 h 30 Coefficient : 6 L usage des calculatrices EST autoris . Ce sujet ne n cessite pas de feuille de papier millim tr . Correction propos e par un professeur de Physique-Chimie pour le site Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole EXERCICE I - DE L EFFET DOPPLER SES APPLICATIONS (6 points) 1. Mouvement relatif d une source sonore et d un d tecteur ) La fr quence f0 correspond au nombre de bips sonores par seconde. ) La source S et le d tecteur sont fixes, leur position ne varie pas au cours du temps.

2 Ainsi, tous les bips sonores mettent le m me temps atteindre le d tecteur, et sont espac s du m me intervalle de temps lorsqu ils quittent la source que lorsqu ils arrivent au d tecteur. Ils ont donc la m me p riode temporelle T=T0. ) De mani re intuitive, plus on rapproche la source du d tecteur, moins la distance parcourir est importante, donc plus les bips sonores vont arriver t t au d tecteur. Donc plus on va se rapprocher du d tecteur, plus on entendra des bips sonores rapproch s. Cela se d montre de la mani re suivante : L nonc nous donne la formule suivante : = (1 ) (1) Sachant que f0 et f sont d finies par = et = , on peut r crire l quation (1) en fonction de f0 et f . = (1 ). On nous dit que vs < vson donc < 1 puis (1 ) < 1, ce qui implique que f0 < f.

3 Remarque : Il s agit de la caract risation de l effet Doppler. 2. La v locim trie Doppler en m decine ) Pour r pondre cette question, utilisons la formule fournie dans l nonc avec les valeurs correspondantes : = . != ,#$. % '() (*#). ,#. % . += 0,167 /.01 ~ 17 3/.01 En se reportant au graphique de la Figure 2 montrant l volution de la vitesse de l coulement sanguin dans diff rents vaisseaux, on en d duit que la valeur trouv e pour v correspond des art rioles ou des veines. ) Pour les m mes vaisseaux sanguins et dans les m mes conditions de mesure peut se traduire par pour la valeur de vitesse trouv e pr c demment et en gardant les m mes valeurs de 4 et de vultrason . Ainsi, dans la formule utilis e la question ), le seul param tre susceptible de varier (en dehors de fE que l on augmente d j ) est.

4 En r crivant donc la formule en fonction de , on obtient : = .. ! . Or si fE augmente, augmente galement. Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole 3. D termination de la vitesse d un h licopt re par effet Doppler ) Pour d terminer ces diff rentes longueurs d onde, nous allons nous aider des figures 4 et 5. Sur la figure 4 on mesure 5 0 = 2,5 cm, donc 0 = ,## 0,5 3/ Sur la figure 5, on mesure 5 = 2,1 cm, = , # 0,42 3/ En tenant compte de l chelle, nous obtenons alors : 0 = , , .0,5 0,42 / = , , .0,42 0,35 / ) La c l rit c du son est d finie par : 3 . 0,42 : 8, 3, /.01 Cette valeur est tr s proche de celle que l on connait de la c l rit du son dans l air, savoir 340 (tr s proche car les valeurs utilis es dans les calculs ont t arrondis plusieurs reprises).

5 Remarque : Les ventuelles diff rences entre la c l rit calcul e et celle que l on connait peuvent venir des erreurs commises en effectuant nos mesures graphiquement. ) L nonc nous indique que la c l rit du son dans l air est ind pendante de sa fr quence , on peut donc r utiliser la valeur de c obtenue la question pr c dente. Ainsi, on calcule la fr quence du son per ue par l observateur lorsque l h licopt re est en mouvement : < = >,*. ? ,># 9, AB C 1, > AB 1,0 m 0, 1,2 cm 0,5/0,42 cm 0 5 0 5 Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole Ainsi, on remarque que <D . Aux basses fr quences, les sons sont graves et aux hautes fr quences, les sons sont aigus. La fr quence fH tant plus lev e que f0, le son produit par l h licopt re sera donc plus aigu.

6 Le cas tudi dans cette partie est en r alit le m me que celui de la partie 1), la source tant ici l h licopt re, et le r cepteur tant l observateur. On peut donc r utiliser l quation (1) qui suit : 1 avec vs tant la vitesse de l h licopt re et T la p riode du son per u par l observateur de l h licopt re en mouvement. En passant en fr quences, on a 1 , puis en isolant vs : 1 1 F GH1 I 3, J1 8, 9, K 56,49 /.01 Pour revenir une unit plus commune comme les , on multiplie le r sultat par 3,6 ce qui nous donne vs = 203,36 ce qui est tr s r aliste. EXERCICE II - DE LA BETTERAVE SUCRI RE AUX CARBURANTS (9 POINTS) 1. tude de la structure du saccharose ) Dessinons la formule d velopp e de la forme lin aire du D-Glucose : Le D-Glucose poss de 4 carbones asym triques, not s comme la convention le veut par un ast risque *.

7 Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole ) ) Etudions le spectre IR ci-dessus. Dans la forme lin aire du D-Glucose, on observe la pr sence d un groupe C=O, absent dans la forme cyclique : il devrait donc appara tre un pic caract ristique autour de la valeur correspondante ce groupe, c est- -dire autour de 1650 1750. On remarque que ce n est pas le cas, ce qui veut dire que la forme lin aire du D-Glucose est soit pr sent en tr s faible quantit , soit compl tement absent. Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole ) La st r oisom rie concerne l'isom rie qui r sulte uniquement de la position relative des atomes d'une mol cule. Deux st r oisom res ont donc la m me mol cule semi-d velopp e, or ce n est pas du tout le cas avec le D-glucose et le D-Fructose qui ont leur groupe C=O des carbones diff rents (le carbone 1 pour le D-glucose et le 2 pour le D-fructose).

8 Il n y a donc aucune relation de st r oisom rie entre ces deux mol cules. ) Comme le montre le sch ma ci-dessus, on retrouve dans le Saccharose les deux mol cules suivantes : le -(D)-Glucose et le -(D)-Fructofuranose. ) La mol cule de saccharose poss de de nombreux groupements alcool O H, or ces groupements sont par nature tr s polaris s et forment des liaisons hydrog ne. La mol cule ayant un caract re polaire, cela explique sa forte solubilit dans l eau, elle-m me tant une solution polaire. ) On remarque que les ions H+ (l acide introduit) n apparaissent pas dans le bilan de l quation de r action ; ils n ont pas de r le jouer dans la formation des produits. Il peut donc s agir d ions utilis s en tant que catalyseurs.

9 Pour v rifier cette hypoth se il suffit de r aliser la m me r action sans introduire d acide et de comparer les temps de r action des deux exp riences. ) Avant hydrolyse du saccharose, le milieu r actionnel ne contient rien d autre que cette mol cule. Au cours de l hydrolyse, donc avant d atteindre l tat d quilibre, le m lange r actionnel pr sente du saccharose qui n a pas encore r agit, ainsi que du glucose et du fructose, produits de l hydrolyse. Apr s l hydrolyse, tout le saccharose a r agit (la transformation est totale) et il ne reste donc que les produits de l hydrolyse savoir le glucose et le fructose. On obtient le chromatogramme suivant : vv Corrig bac 2016 S rie S Physique-Chimie Obligatoire M tropole 2.

10 Du saccharose au bio thanol ) La formule semi-d velopp e de l thanol est la suivante : CH3 CH2 OH ) Pour savoir quel spectre appartient la mol cule d thanol, regardons les multiplicit s des atomes d hydrog ne de la mol cule. Les hydrog nes port s par le carbone 1 sont voisins du carbone 2 qui comporte 2 hydrog nes. Ces hydrog nes sont donc de multiplicit 3 : on aura un triplet. Ceux port s par le carbone 2 ont comme voisin le carbone 1 qui poss de 3 hydrog nes ; ils sont donc de multiplicit 4 : on aura un quadruplet. Enfin, l hydrog ne appartenant au groupe hydroxyle ne poss de aucun voisin : on aura un singulet. Le spectre qui correspond alors est le num ro 2. ) On nous dit dans l nonc que le pourcentage massique moyen de saccharose dans la betterave : 19,5 %.