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Comprendre les attendus

Les drones

✔ MATH : Utiliser les vecteurs

5. On ajoute à bord du drone une caméra. Quelle doit être la valeur de la force de poussée pour maintenir le drone à sa position précédente ?

• Masse du drone : 500 g ;
• Masse de la caméra : 60 g.

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Le bobsleigh

✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces
✔ REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

3. La vitesse acquise à l'issue de la phase de poussée vaut 40 km·h^-1. En supposant que la deuxième loi de Newton s'applique lors de la durée de cette phase, déterminer l'intensité de la force de poussée exercée par l'athlète.

• Masse du {bobsleigh + athlètes} : m = 630 kg.

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Découverte de l'électron

✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces
✔ VAL : Comparer observations expérimentales et résultats théoriques

En 1897, le physicien britannique Joseph Thomson découvre l'existence de l'électron. Il utilise un tube à vide, où les électrons sont émis au niveau de la cathode puis accélérés rectilignement. Le faisceau passe ensuite entre deux plaques de charges électriques opposées. Il observe alors la déviation du faisceau d'électrons vers la plaque chargée positivement grâce à un écran muni d'une plaque phosphorescente. Il en déduit que les électrons sont chargés négativement.

✔ MATH : Calcul littéral

La spectrométrie de masse est une technique d'analyse par mesure de masse. Elle consiste à ioniser les molécules, puis à exercer sur elle une force via un champ électrique. Les molécules de masses différentes, de par leurs inerties différentes, suivront des trajectoires différentes, ce qui permet de les séparer et de les détecter indépendamment. On peut ainsi, par exemple, déterminer le rapport isotopique d'un échantillon.
La méthode la plus simple (mais pas la plus précise) de spectrométrie de masse consiste à créer un champ homogène et uniforme pendant un certain temps \Delta t puis à mesurer la vitesse atteinte via une mesure de temps de vol (temps nécessaire pour parcourir une distance connue).
On considère une molécule de masse m au repos dans le spectromètre de masse. Un électron lui est arraché, puis elle est soumise à un champ électrique E pendant une durée \Delta t. Ensuite, la molécule ne subit plus aucune force jusqu'à atteindre le détecteur. Pendant cette deuxième phase, la molécule parcourt une distance d, et la durée de cette phase (le temps de vol) sera notée \Deltat_vol .

Force exercée par un champ électrique E sur une particule de charge électrique q: F=q \cdot E
Charge élémentaire : \mathrm{e}=1{,}602 \times 10^{-19} C
Masse de l'atome { }^{12} \mathrm{C}: \mathrm{M}\left({ }^{12} \mathrm{C}\right)=2,009 \times 10^{-26} kg
Masse de l'atome { }^{13} \mathrm{C}: \mathrm{M}\left({ }^{13} \mathrm{C}\right)=2{,}176 \times 10^{-26} kg
Masse de l'atome d'hydrogène : \mathrm{M}(\mathrm{H})=1{,}673 \times 10^{-27} kg
Caractéristiques du spectromètre : E=7{,}50 \times 10^{5} \mathrm{~V} \cdot \mathrm{m}^{-1}, \Delta \mathrm{t}=81{,}6 \mathrm{~ns} \text { et } d=1{,}50 m

✔ APP : Extraire l'information utile

On s'intéresse à une voiture de Formule 1 dont certaines caractéristiques sont données dans le doc.1 ci‑dessous.

3. Expliquer pourquoi en réalité le moteur doit fournir une force supérieure à la valeur calculée précédemment.

4. Si on suppose que l'accélération est constante, combien de temps faut‑il pour atteindre la vitesse record sur circuit (départ arrété) ?