PARTIE A : ÉVALUATION DES RESSOURCES 10 points

Exercice 1 : CONNAISSANCES ESSENTIELLES DU COURS: 5pts

1- Définitions

• Indicateur coloré : c’est une substance dont la couleur change en fonction du pH du milieu dans lequel il se trouve ; 0,5 pt
• Coupe pétrolière : mélange d’hydrocarbures de températures d’ébullition voisines ; 0,5 pt
• Machine simple : dispositif mécanique constitué de peu de pièces permettant de réduire la pénalité ou l’effort à fournir pour déplacer une charge ; 0,5 pt
• Alternateur : C'est une machine électrique qui transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique sous forme de courant alternatif 0,5 pt

2- Énoncer de la règle de la classification périodique

Dans un tableau de classification périodique, les éléments sont rangés de la gauche vers la droite par ordre de numéro atomique (Z) croissant et chaque élément occupe une seule case. 0,5 pt

3- Deux exemples de machines simples : 0,5x2
• Palan ;
• Poulie simple.
4- Relation entre la tension efficace et la tension maximale d’une tension sinusoïdale 0,25 pt
${U_{eff}} = \frac{{{U_{\max }}}}{{\sqrt 2 }}$
5- Deux dangers liés à l’utilisation des produits pétroliers : 0,25x2
• Incendie ;
• Intoxication.
6- Répondre par vrai ou par faux les affirmations 0,25x4
6.1) Faux (rotor);
6.2) Faux (trait continu fin).
6.3) Faux (matières plastiques biodégradables);
6.4) Faux (diamètre intérieur).
7- Jeu bilingue: énergie électrique en anglais : Electrical energy

Exercice 2 : APPLICATION DIRECTE DES SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE : 5pts

1- Équilibrons l’equation bilan :
$C{u_2}O + \frac{1}{2}{O_2} \to 2CuO$
2. Solution aqueuse
Données : $m =3,42$ g ; Masse molaire en gramme par mole : Al=27 ; S=32 ; O=16.
2.1) Équation de mise en solution du sulfate d’aluminium : 0,5 pt
$A{l_2}S{O_4} \to 2A{l^{3 + }}$ $+ 3SO_4^{2 - }$ .
2.2) Calcul de la quantité de matière.
Détermination de la masse molaire du sulfate d’aluminium. 0,5 pt
${M_{A{l_2}S{O_4}}} = 2{M_{Al}} +$ $3{M_S} + 12{M_O} = 2 \times 27$ $+ 3 \times 32 + 12 \times 16$ $= 342$ g/mol
Quantité de matière. 0,5
${n_{A{l_2}S{O_4}}} = \frac{{{m_{A{l_2}S{O_4}}}}}{{{M_{A{l_2}S{O_4}}}}}$
AN : ${n_{A{l_2}S{O_4}}} = \frac{{3,42}}{{342}} = 0,01$ mol
3- Engrenage
Données : ${Z_A} = 40$ dents, ${Z_B} = 75$ dents, ${Z_C} = 26$ dents, ${Z_D} = 45$ dents et ${N_D} = 3000$ trs/min
3.1) Raison du train d’engrenage. 0,25ptx2
$r = \frac{{{Z_A}}}{{{Z_B}}} \times \frac{{{Z_C}}}{{{Z_D}}}$
AN : $r = \frac{{40}}{{75}} \times \frac{{26}}{{45}} = 0,31$
3.2) Vitesse de rotation de la roue A 0,25ptx2
$r = \frac{{{N_D}}}{{{N_A}}} \Rightarrow {N_A} = \frac{{{N_D}}}{r}$
AN : ${N_A} = \frac{{3000}}{{0,31}} = 9735,6$
4- Installation électrique domestique
4.1) Type de montage le plus adapté pour l’éclairage d’une chambre : 0,25 pt
Montage va et vient.
4.2) Liste du matériel nécessaire pour cette installation électrique 1,25 pt
• Deux interrupteurs va et vient ; - Une lampe ; - Une prise de courant ; - Deux fusibles
• Des fils conducteurs
4.3) Schéma développé de cette installation électrique 0,75 pt

PARTIE B : ÉVALUATION DES COMPÉTENCES / 10 points

SITUATION PROBLÈME
Problème posé 1 pt
Déterminer la force nécessaire pour soulever une charge de 600 kg avec une poulie simple, un treuil, un palan à quatre brins et de choisir le dispositif permettant d’effectuer cette tâche avec le moins d’effort possible.
Ressources disponibles
• La masse de la charge m=600kg.
• L’intensité de la pesanteur g=10N/kg.
• Une poulie simple.
• Un treuil de rayon $r = 0,5$ m dont la manivelle est de longueur L=1m.
• Un palan à quatre brins.
Étapes nécessaires à la résolution de ce problème 0,5 x 5 pts
• Calculer le poids de la charge.
• Déterminer la force d’Eva exercée pour soulever la charge si elle utilise une poulie simple.
• Déterminer la force d’Eva exercée pour soulever la charge si elle utilise un treuil.
• Déterminer la force d’Eva exercée pour soulever la charge si elle utilise un palan à quatre brins.
• Conclure.
Calcul du poids de la charge. 0,5X2 pt
$P = mg$
AN : $P = 600 \times 10 = 6000N$
Force exercée par Eva si elle utilise une poulie simple.
Une poulie simple ne modifie pas l'intensité de la force. La force nécessaire pour soulever la boîte est égale à son poids.
Ainsi$F = P = 6000N$
Donc avec une poulie simple Eva devra exercée une force de $F = 6000$ N
Force exercée par Eva si elle utilise un treuil 0,5x2 pt
Le treuil est un dispositif mécanique qui utilise un tambour pour enrouler un câble ou une corde afin de soulever ou tirer une charge. Le rapport entre la force appliquée à la manivelle et la force de levage dépend de la géométrie du système, notamment du rayon du treuil et de la longueur de la manivelle. Donc,
$F = \frac{{rP}}{L}$
AN : $F = \frac{{0,5 \times 6000}}{1} = 3000N$
Force exercée par Eva si elle utilise un palan à quatre brins 0,5X2 pt
Un palan à quatre brins utilise plusieurs cordes pour distribuer la charge, augmentant ainsi l'avantage mécanique. L'avantage mécanique est donc de 4, ce qui signifie que la force à exercer pour soulever l'objet est réduite par un facteur de 4 par rapport au poids de l'objet.
D’où, $F = \frac{P}{4}$ N
Donc avec un palan à quatre brins, Eva devra exercée une force de $F = 1500$ N
Conclusion :
Le palan à quatre brins est le système le plus avantageux pour Eva, car il nécessite la force physique la plus faible (1500 N). 1 pt