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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 12
Activité 2 - Activité d'exploration
Record du monde de chute libre
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Objectif : Utiliser la deuxième loi de Newton.
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Problématique de l'activité
Le 14 octobre 2012, Felix Baumgartner, parachutiste autrichien, devient le
premier homme à passer le mur du son en chute libre.
Comment déterminer la vitesse d'un corps en chute libre ?
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Doc. 1Expression du champ de pesanteur \overrightarrow{\bm{g}}
Le champ de gravitation \overrightarrow{\mathcal{G}}
\overrightarrow{\mathcal{G}}=-G\ · \frac{M_{T}}{\left(R_\mathrm{T}+z\right)^{2}} · \vec{k}
\overrightarrow{\mathcal{G}} : champ de gravitation de norme de \mathcal{G} (N·kg-1)
G : constante de gravitation universelle (N·m2·kg-2)
M_{\mathrm{T}} : masse de la Terre (kg)
R_{\mathrm{T}} : rayon de la Terre (m)
z : altitude (m)
\overrightarrow{k} : vecteur unitaire dirigé du centre de la Terre vers le centre de l'objet étudié
G : constante de gravitation universelle (N·m2·kg-2)
M_{\mathrm{T}} : masse de la Terre (kg)
R_{\mathrm{T}} : rayon de la Terre (m)
z : altitude (m)
\overrightarrow{k} : vecteur unitaire dirigé du centre de la Terre vers le centre de l'objet étudié
On parle de champ de pesanteur \overrightarrow{g} lorsque l'altitude z est négligeable comparée au rayon de la Terre R_{\mathrm{T}} :
\overrightarrow{g}=-G · \frac{M_{\mathrm{T}}}{{R_\mathrm{T}}^{2}} · \vec{k}
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Doc. 2Felix Baumgartner
Après être monté à une altitude de 39 068 m,
Felix Baumgartner s'est laissé tomber et n'a ouvert
son parachute qu'au bout de 4 min et 19 s, à environ
2 500 m d'altitude. Il bat ainsi le record du monde de
chute libre (36 529 m).
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Doc. 3Deuxième loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, la résultante des forces
extérieures exercées sur un système est égale au produit
de la masse m du système par le vecteur accélération \overrightarrow{a}
de son centre de masse :
\Sigma \overrightarrow{F}=m · \overrightarrow{a}
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Doc. 4Notions de chute libre
En physique, on parle de chute libre lorsqu'un corps
n'est soumis qu'à son poids \overrightarrow{P}.
En parachutisme, la chute libre désigne la phase du saut précédant l'ouverture du parachute.
En parachutisme, la chute libre désigne la phase du saut précédant l'ouverture du parachute.
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Doc. 5Évolution de la vitesse de Felix Baumgartner
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- Constante de gravitation universelle : G=6,67 \times 10^{-11} N·m2·kg-2
- Caractéristiques de la Terre : R_{\mathrm{T}}=6\ 370 km et M_{\mathrm{T}}=5,97 \times 10^{24} kg
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Questions
Compétence(s)
VAL : Faire preuve d'esprit critique
APP : Extraire l'information utile
APP : Extraire l'information utile
1. Montrer que le champ de pesanteur est uniforme entre 0 et 39 km d'altitude. On considère qu'un champ est uniforme si sa valeur varie de moins de 2 %.
2. En appliquant la deuxième loi de Newton, déterminer le vecteur accélération \overrightarrow{a} du centre de masse de Felix Baumgartner durant sa chute libre (au sens physique). En déduire son vecteur vitesse \overrightarrow{v}. On considérera qu'il n'est soumis qu'à son poids \overrightarrow{P}.
3. En comparant les résultats précédents au doc. 5, indiquer la durée de la chute libre \Delta t de Felix Baumgartner au sens physique du terme. En déduire laquelle des deux définitions présentées dans le doc. 4 est utilisée pour parler de son record.
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Synthèse de l'activité
Lors d'une chute libre, que peut‑on dire des forces exercées sur le système ?
Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?
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Oups, une coquille
j'ai une idée !
Nous préparons votre pageNous vous offrons 5 essais
YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah