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15 PYBIMLR 1 BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE - Session 2015 - Sciences et Technologi

15 PYBIMLR 1 BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE - Session 2015 - Sciences et Technologies de Laboratoire spécialité Biotechnologies Épreuve de PHYSIQUE-CHIMIE EPREUVE DU MERCREDI 24 JUIN 2015 Durée de l'épreuve : 3 heures Coefficient : 4 Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu’il est complet. Ce sujet comporte 12 pages numérotées de 1/12 à 12/12. Les documents réponses, page 12/12 sont à rendre avec la copie. L'usage d'une calculatrice est autorisé. Il est rappelé aux candidats que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des explications entreront dans l'appréciation des copies. Toute réponse devra être justifiée 15 PYBIMLR 1 Page 1 sur 12 Investigation policière Dans leurs enquêtes (cambriolage, accident, ...), les gendarmes et policiers font souvent appel aux techniciens de la police scientifique pour le relevé et l'analyse des empreintes, marques et indices présents sur les lieux. La qualité de leur travail est primordiale. Ils contribuent ainsi à la recherche et l'identification d'auteurs d'infractions de toutes natures. Voici une affaire sur laquelle travaille une équipe d’enquêteurs. Un accident vient d’avoir lieu. Le conducteur a, semble-t-il, perdu le contrôle du véhicule qui a terminé sa course contre un mur. Une équipe de techniciens de la police a été envoyée sur les lieux. Différents indices et pièces à conviction ont été relevés. De plus, dans le coffre une mallette contenant des ossements intrigue tout particulièrement les enquêteurs… Dans cette affaire, vous endosserez le rôle d’un des techniciens de la police scientifique. Les enquêteurs vont vous confier quatre missions afin de les aider à avancer dans leur travail d’investigation : - Partie A : détermination de la vitesse du véhicule juste avant l’accident - Partie B : détermination de l’heure de l’accident - Partie C : détermination du taux d’alcoolémie - Partie D : datation des ossements contenus dans la mallette Chaque partie est introduite par des éléments du procès-verbal dressé par les enquêteurs. Le sujet comporte quatre parties A, B, C et D qui sont indépendantes entre elles. Vous respecterez la numérotation des questions et vous rendrez les documents réponse (page 12) avec votre copie. 15 PYBIMLR 1 Page 2 sur 12 Partie A : détermination de la vitesse du véhicule Procès-verbal des enquêteurs : L’accident s’est produit sur une portion de route départementale goudronnée dont la vitesse est limitée à 70 km/h. La chaussée n’était pas mouillée. Le conducteur a freiné (traces sur 28 m) mais n’a pu éviter le mur en face. La masse du véhicule (conducteur compris) est de 1,00.103 kg. Intensité de pesanteur : vous prendrez g = 10 N.kg-1. . Une équipe de spécialistes des crashs a évalué l’énergie cinétique du véhicule au moment du choc contre le mur d’après les déformations et l’écrasement des structures. Ils l’estiment à 90 kJ. Une vitesse excessive du véhicule peut-elle être à l’origine de l’accident ? A.1 Étude préalable A.1.1 Exploiter le document A1 afin de compléter le document réponse DR1 en indiquant les types d’énergie mis en jeu. A.1.2 L’énergie cinétique EC (en J) du véhicule est liée à sa masse m (en kg) et sa vitesse v (en m.s-1). En vous appuyant sur les courbes du document A2, faire un choix justifié de la relation qui convient parmi les trois proposées ci-dessous : v m EC . . 2 1 2 . . 2 1 m v EC 2 . . 2 1 v m EC A.2 Choc contre le mur A.2.1 Montrer que la vitesse v du véhicule au moment de l’impact contre le mur était d’environ 13,4 m.s-1. A.2.2 Vous décidez de comparer cette énergie à celle d’une chute du haut d’un immeuble. a- Rappeler l’expression de l’énergie potentielle de pesanteur EPP (en J) d’un corps en fonction de sa masse m (en kg) et de la hauteur h (en m) à laquelle il est placé par rapport au sol. On prend le sol comme référence des énergies potentielles. b- Montrer que tout se passe comme si la voiture chutait du 3ème étage (on prendra une hauteur de 3 mètres par étage). 15 PYBIMLR 1 Page 3 sur 12 A.3 Phase de freinage (en vous aidant du document A3) A.3.1 D’après l’étendue des traces de freinage relevées sur la chaussée, calculer la vitesse initiale vi du véhicule (on rappelle que la vitesse du véhicule, juste avant l’impact, était de 13,4 m.s-1). A.3.2 Le conducteur était-il en excès de vitesse ? Justifier la réponse. A.3.3 Dans le but d’apporter un maximum d’informations aux enquêteurs, vous décidez de compléter leur demande en considérant la phase de réaction du conducteur. Calculer la distance de réaction DR parcouru par le véhicule pendant le temps de réaction du conducteur estimé à une seconde. A.3.4 En déduire à quelle distance D du mur le conducteur a vu l’obstacle. 15 PYBIMLR 1 Page 4 sur 12 ANNEXE A : Détermination de la vitesse du véhicule A1 – Énergie, freinage et choc La vitesse joue un rôle très important lors d’un accident. Tout d’abord, le véhicule parcourt une certaine distance entre le moment où le conducteur voit le danger et le moment où il appuie sur la pédale de frein ; on parle alors de distance de réaction DR. Lors d'un freinage, les plaquettes de freins et les pneus sur la route absorbent l’énergie cinétique du véhicule. La température des disques de frein peut atteindre 250°C. Lors d'un choc avec un autre véhicule ou un mur, la vitesse s’annule quasi-instantanément. Toute l'énergie cinétique accumulée sert à déformer la voiture (énergie de déformation). Plus la vitesse est grande, plus l'énergie cinétique est grande et plus les déformations seront importantes et les conséquences graves pour les passagers. Déformation des structures avant, port de la ceinture de sécurité, airbag, permettent de limiter les conséquences des accidents frontaux, à condition que la vitesse, lors de l’impact, ne soit pas excessive. A2 – Évolution de l’énergie cinétique avec la masse et la vitesse A3 – Phase de freinage La distance de freinage DF dépend d’un grand nombre de facteurs comme la vitesse du véhicule, l’état des pneumatiques et le coefficient d’adhérence sur la chaussée. Ce dernier varie selon le type de revêtement et l’état de la chaussée. On admettra que cette distance peut être évaluée à l’aide de la relation suivante : µ g v v D F i F . . 2 2 2 DF : distance de freinage (en m) vi : vitesse initiale (début de freinage en m.s-1) vF : vitesse finale (fin du freinage, juste avant l’impact en m.s-1) g : accélération de pesanteur (10 N.kg-1) µ : coefficient d’adhérence (sans unité) Chaussée État Coefficient d’adhérence Goudronnée Sèche 0,8 Mouillée 0,4 Pavée Sèche 0,6 Mouillée 0,3 Enneigée 0,2 Verglacée 0,1 Évolution de l’énergie cinétique en fonction de la masse pour une vitesse de 50 km.h-1 Évolution de l’énergie cinétique en fonction de la vitesse pour une masse de 1,00.103 kg Ec (en 104J) 15 PYBIMLR 1 Page 5 sur 12 Partie B : détermination de l’heure de l’accident Procès-verbal des enquêteurs : L’appel au poste de secours a été enregistré à 23h00. Les pompiers ont mis 15 minutes pour intervenir. Lorsque les secours sont arrivés, les phares et l’autoradio étaient allumés, ils se sont éteints 45 minutes après l’intervention des pompiers. À quelle heure l’accident s’est-il produit ? Deux indices possibles sont exploités pour estimer l’heure de la collision : une fuite de liquide sur le véhicule et la décharge de la batterie. B.1. Décharge de la batterie (en vous aidant du document B1) B.1.1 Justifier que la tension de la batterie vaut 12,6 V. B.1.2 Calculer l’intensité du courant total fourni par la batterie et la durée nécessaire à sa décharge complète (on supposera constante l’intensité du courant et la tension pendant la décharge). B.1.3 Évaluer l’heure de l’accident et montrer que les secours n’ont pas été appelés immédiatement. B.2. Fuite de liquide (en vous aidant des documents B2 et B3) Le fluide écoulé semble provenir du liquide de lave glace ou du liquide de refroidissement. L’objectif de cette partie est d’identifier ce fluide. B.2.1 Les deux fluides possibles sont-ils acide ou basique ? Justifier. B.2.2 Pour identifier ce liquide, vous essayez deux méthodes : - introduction de l’eau dans les échantillons afin de déterminer si le fluide a une densité supérieure ou inférieure à 1 ; - détermination du pH à l’aide d’un indicateur coloré : on obtient un pH > 10. a) Quelle méthode vous semble la plus adaptée et préciser pourquoi ? b) Dans la seconde méthode – méthode du pH – quel indicateur coloré parmi ceux proposés dans le document B3, convient-il de choisir ? c) Identifier le liquide en cause. B.2.3 Le réservoir du fluide étant identifié, les enquêteurs ont repéré vers 00h05 une fuite par un orifice de section 2 mm². Pour vous aider à proposer une estimation du temps mis pour répandre 3 litres de ce fluide sur la chaussée, la vitesse d’écoulement du liquide est considérée comme constante et vaut 0,20 m.s-1. a. Montrer que le débit volumique vaut 4,0.10-7 m3.s-1. b. uploads/s1/ epreuve-de-physique-chimie-pour-la-serie-stl-specialite-biotechnologies.pdf