Carnet de bord - programme de seconde - pdf - Physique-appliquee ...

Sciences physiques, chimiques, fondamentales et appliquées

Carnet de bord classe de seconde

Nom : Classe : Année : Professeur : Lycée :

Ce carnet fait référence aux chapitres, aux pages et aux exercices du manuel scolaire papier Physique Chimie 2de, programme 2010, collection Sirius, édition Nathan.

Matériel Que vous soyez en cours de physique-chimie, en TP de physique ou en TP de chimie le matériel suivant est obligatoire : – une trousse correctement équipée (dont une dizaine de crayons couleurs) – une calculatrice (scientifique, niveau collège ou lycée) – le livre – ce carnet de bord (qui pourra être complété en cours et en TP) – une chemise A4 qui contiendra : – 2-3 feuilles de papier millimétré en stock dans une pochette plastique – un petit cahier pour faire les exercices et prendre des notes durant les TP

Matériel en TP de chimie –

une blouse à manches longues (mettre le nom dans la blouse)

Consigne de sécurité en TP de chimie Avant d'entrer en salle – mettre la blouse – sortir du sac le matériel (trousse, de quoi écrire, crayons couleurs + selon les séances : livre, carnet de bord, calculatrice) – déposer les vestes et les sacs à l'entrée de la salle à l'intérieur. – prendre une paire de lunette de sécurité – rejoindre votre paillasse de chimie Ne pas emporter vos sacs sur les paillasses (même pour sortir le matériel) En TP de chimie le port de la blouse et des lunettes est obligatoire dès le premier TP. Les lunettes de protections seront disponibles en salle de TP.

Sommaire Sciences et santé 1.1 1.2 2.1 2.2 3 4 5.1 5.2

-

Les espèces chimiques Extraction et séparation d'espèces chimiques Principe actif, formulation Identification d'une espèce chimique Synthèse d'espèces chimiques Signaux périodiques Les ondes et l'imagerie médicale Les ondes et l'imagerie médicale

6

- Solutions et concentration massique

Réfraction et réflexion totale de la lumière

Sciences et Univers 7 8.1 8.2 9 10 11 12 13 14

-

Description de l'Univers Dispersion et réfraction de la lumière La réfraction de la lumière Les spectres lumineux Un modèle de l'atome L'élément chimique La classification périodique des éléments Mouvements et forces dans l'Univers La gravitation universelle

Sciences et sports 15.1 15.2 15.3 16.1 16.2 17 18 19 20

-

Mouvement et vitesse Interaction et forces Le principe d'inertie La mole La concentration molaire La réaction chimique Les molécules, formules et groupes caractéristiques Propriétés des gaz Pression dans un liquide

Fiches - Echelles de notre Univers et puissances de 10 - Tableau périodique des éléments - Outils mathématiques pour la physique - incertitudes et chiffres significatifs (à venir)

Auteur : Claude Divoux, académie de Strasbourg, juin 2012 Illustrations : Claude Divoux Portraits, photographies : Wikipedia

Sciences et santé

Les médicaments

1.1 – Les espèces chimiques

1. Espèce chimique, corps pur et mélange Espèce chimique :

Espèces chimiques naturelle et de synthèse :

Corps pur :

Mélange :

2. Caractéristiques d'une espèce chimique

Livre chap. 1 p. 12

Exercices 1, 2, 3, 6, 7, 8 et 10 p. 22, 23

Sciences et santé

Les médicaments

Solubilité d'un solide dans un solvant

Unités de volume

Masse volumique

Densité

Exemple

Autres caractéristiques

Livre chap. 1 p. 12

Exercices 1, 2, 3, 6, 7, 8 et 10 p. 22, 23

Sciences et santé

Les médicaments

1.2 - Extraction et séparation d'espèces chimiques Comment récupérer une espèce chimique dans un mélange ?

1. Extraction liquide-liquide

2. Les propriétés

3. Exemple de l'extraction liquide-liquide du diiode de la Bétadine® Etape 1

Etape 2

Etape 3

Etape 4

Pour extraire ensuite l’espèce chimique du solvant organique, on peut évaporer le solvant en chauffant doucement. Comme la température d’ébullition du solvant organique est assez basse, l’espèce ne s’échappe pas avec les vapeurs du solvant. Livre chap. 1 p. 12

Exercices 11, 18, 23 p. 23, 25

Sciences et santé

Les médicaments

4. Vocabulaire Solvant : Soluté : Solution : Solution aqueuse :

5. Autres procédés Citer deux autres procédés d'extraction.

Livre chap. 1 p. 12

Exercices 11, 18, 23 p. 23, 25

Sciences et santé

Les médicaments

2.1 – Principe actif, formulation

1. Un peu d'histoire L'acide acétylsalicylique existe dans la nature dans l'écorce du Saule blanc ou dans la fleur Reine-des-prés. On a retrouvé la trace d'une décoction de feuilles de saule (lat. Salix), datant de l'antiquité (5000 av. J.C.). Un papyrus égyptien (1550 av. J.C.) conseillait déjà une préparation à partir de l'écorce du saule blanc pour soulager les douleurs et les fièvres. En 1853, le chimiste strasbourgeois Charles Frédéric Gerhardt expérimente la synthèse de l'acide acétylsalicylique. Finalement, le brevet et la marque de l'aspirine sont déposés par la société Bayer en 1899, sous la dénomination « Aspirin ». L'aspirine est le médicament le plus consommé au monde. (source Wikipedia)

2. La fiche d'identité d'une espèce chimique (suite)

2.1. Molécule

2.2. Constitution des atomes

Livre chap. 2 p. 28

Exercices 1a, b, c, f ; 2a, b, f ; 14 p. 38 à 41

Sciences et santé

Les médicaments

2.3. Représentations d'une molécule La formule brute dénombre simplement les atomes de la molécule.

C 9 H 8 O 4 signifie que

La formule développée montre chaque atome de la molécule.

2.4. Groupe caractéristique d'une molécule

L'Ethanol de formule semi-développée : famille des alcools.

possède le groupe caractéristique de la

L'acide acétylsalicylique possède le groupe caractéristique des acides carboxyliques (voir la fiche signalétique).

3. Médicaments 3.1 Principe actif d'un médicament

3.2 Excipient

3.3 Formulation d'un médicament

Par exemple, l'amidon utilisé comme excipient favorise la dispersion de l'aspirine dans l'estomac.

3.4 Princeps

Livre chap. 2 p. 28

Exercices 1a, b, c, f ; 2a, b, f ; 14 p. 38 à 41

Sciences et santé

Les médicaments

2.2 - Identification d'une espèce chimique

1. Introduction Comment être certains des espèces chimiques que l’on a extraites d’une plante ? La solution ainsi obtenue contient souvent plusieurs espèces chimiques. Comment les identifier ?

2. La chromatographie La chromatographie permet de séparer des petites quantités d’espèces chimiques initialement mélangées. Pour les identifier on les compare à des produits purs connus.

Etape 1 : préparation

Etape 2 : élution (suite)

Etape 2 : l'élution

Etape 3 : révélation

Etape 4 : interprétation

Livre chap. 2 p. 28

Exercices 9, 12, 17 p. 39 - 41

Sciences et santé

Livre chap. 2 p. 28

Les médicaments

Exercices 9, 12, 17 p. 39 - 41

Sciences et santé

Les médicaments

3 – synthèse d'espèces chimiques

1. Un peu d'histoire Friedrich Wöhler (1800 – 1882 ; chimiste allemand) réalise, accidentellement, la première synthèse en 1828 d'une espèce chimique naturelle produit par le foie, l'urée CO ( NH 2)2 . A cette époque on croyait qu'il était impossible de reproduire la nature. L'urée contient beaucoup d'azote. Sa synthèse permet de fabriquer des engrais. (Wikipédia)

L’homme sait fabriquer des espèces chimiques. Certaines existent déjà dans la nature (ex. la vanilline – l’odeur de vanille), d’autres non (ex. les plastiques).

2. Définition de la synthèse

3. Pourquoi synthétiser ? Dans l’industrie, la synthèse est utilisée pour produire de grandes quantités, à moindre coût. En recherche, la synthèse permet de découvrir de nouveaux médicaments (plus efficaces – vaccin contre la grippe A) et de nouveaux matériaux (plus résistant par exemple – nanotubes de carbones)

4. Les étapes d'une synthèse La transformation Il s'agit de la réaction chimique qui transforme les réactifs en produits. Les _____________ sont les espèces chimiques de ___________, qui vont réagir pour donner de nouvelles espèces chimiques nommées les _____________ . Il faut souvent _____________ la réaction pour la ______________ . Le montage à reflux (voir au dos) est un montage simple pour réaliser des réactions chimiques.

Le traitement Le traitement consiste à récupérer l'espèce chimique en fin de réaction. Exemples : extraction (voir chapitre ___________) ou ______________ .

L'identification de l'espèce synthétisée Cette étape permet de vérifier si l'on a bien obtenu l'espèce chimique souhaitée et de vérifier sa pureté. Livre chap. 3 p. 44

Exercices 1, 2, 10, 11 et 17 p. 54, 55

Sciences et santé

Les médicaments

On peut l'identifier grâce à ses caractéristiques : ________________________________________ On peut également identifier un groupe caractéristique On peut enfin la comparer avec avec la même espèce témoin par ___________________________

5. Le montage à reflux Principe et utilité du montage à reflux

Annotation

6. Précaution L'anhydride éthanoïque (

Livre chap. 3 p. 44

) et l'acide sulfurique (

) sont ___________ !

Exercices 1, 2, 10, 11 et 17 p. 54, 55

Sciences et santé

Le diagnostique médical

4 – Signaux périodiques.

1. Un peu d'histoire : le courant dans le corps vivant En 1791, Galvani (Italie) montre qu'un courant électricité contracte les cuisses de grenouille. En 1842 Carlo Matteucci (Italien) mesure pour la première fois le courant électrique généré par la grenouille pour contracter les muscles. Willem Einthoven et son matériel En 1887, premier électrocardiogramme humain. En 1895 Willem Einthoven (Pays-Bas) donne les premières interprétations des courbes et reçoit le prix Nobel de médecine en 1924. A partir de 1932 l'électrocardiogramme est utilisé pour le diagnostique médical. (Wikipédia)

2. Définitions Signal périodique Période Fréquence

Formule Exemple

Dessiner à trois endroits différents du signal une double flèche horizontale indiquant la durée d'une période. Mesurer la période T du signal (mesurer plusieurs périodes pour être plus précis). Compter le nombre de périodes en 1 seconde. En déduire la fréquence f. Vérifier la relation entre la période T et la fréquence f

Livre chap. 4 p. 58

Exercices 1, 2, 4, 6, 7, 8, 17 p. 64 à 67

Sciences et santé


3. L'électrocardiographie L'électrocardiographie (ECG) est une représentation graphique du potentiel électrique qui commande l'activité musculaire du cœur. Ce potentiel est recueilli par des électrodes à la surface de la peau. L'électrocardiogramme est le tracé papier de l'activité électrique dans le cœur. L'électrocardiographe est l'appareil permettant de faire un électrocardiogramme. C'est un examen rapide ne prenant que quelques minutes, indolore et non invasif, dénué de tout danger. Il permet de surveiller l'appareil cardio-circulatoire, notamment pour la détection des troubles du rythme et la prévention de l'infarctus du myocarde. (Wikipédia)

Electrocardiogrammes

4. Encéphalographie L'électro-encéphalographie (EEG) est une méthode d'exploration cérébrale qui mesure l'activité électrique du cerveau par des électrodes placées sur le cuir chevelu. L'épilepsie constitue sans aucun doute la pathologie la mieux et la plus étudiée par électroencéphalographie. (Wikipédia)

Le premier EEG, enregistré par Hans Berger, 1929.

Des phénomènes périodiques tout autour de nous Citez-en plusieurs

Livre chap. 4 p. 58

Exercices 1, 2, 4, 6, 7, 8, 17 p. 64 à 67

Sciences et santé


5.1 - Les ondes et l'imagerie médicale

1 Un peu d'histoire En 1895, en étudiant le passage du courant électrique dans des gaz, Wilhelm Röntgen (Allemand ; 1845-1923) découvre un rayonnement, qu'il nommera rayon X car inconnu alors. Ces rayons traversent des matériaux non transparents comme le bois. Il a l'idée de placer la main de sa femme entre la source du rayonnement et une plaque photographique. Au développement il découvre l'image des os et de l'alliance, opaques aux rayons. Photographie de la main de Anna Bertha Ludwig Röntgen prise le 22 décembre 1895

Par la suite on découvrira que les rayons X sont des ondes électromagnétiques comme la lumière, mais de fréquences plus élevées. (Wikipedia)

Wilhelm Röntgen

2 Définition

3 Le son Une onde sonore est le déplacement du son. Milieu de propagation :

Emission : un son est provoqué par une perturbation très rapide des molécules du milieu de propagation. Cette agitation se propage de proche en proche aux autres molécules du milieu. Utilisation du son dans le diagnostique médical (imagerie médicale) :

Utilisation dans d'autres domaines

Fréquences :

Livre chap. 5 p. 70

Actidoc 1 p. 72 - Exercices 1, 2, 4, 10, 13, 18 p.80 à 83

Sciences et santé


Quelques vitesses de propagation dans l'air

dans l'eau

dans le métal

4 Les ondes électromagnétiques La lumière est la partie visible des ondes électromagnétiques. Une onde lumineuse est le déplacement de la lumière. Milieu de propagation :

Emission : les ondes électromagnétiques résultent de l'agitation des atomes Utilisation dans le diagnostique médical : –

Lumière visible : endoscopie

–

Rayon X : observation du squelette

Autres utilisations : mesures de distances au laser ; découpage de métaux et autres matériaux au laser ; détection des fuites thermiques par infrarouges ; transmission d'information par micro-onde et onde radio (radio, téléphone, wifi) Fréquences : radio

infrarouge

visible

U.V.

Rayon X

Vitesse de la lumière : La lumière et toutes ondes électromagnétiques se déplace dans le vide à la vitesse

5 Mesurer une vitesse Pour mesure la vitesse d'une onde (vitesse du son ou vitesse de la lumière) il faut déterminer en combien de temps t l'onde parcours une distance d donnée.

6 Mesure par échographie

Livre chap. 5 p. 70

Actidoc 1 p. 72 - Exercices 1, 2, 4, 10, 13, 18 p.80 à 83

Sciences et santé


5.2 – Ondes et imagerie médicale réfraction et réflexion totale de la lumière

1. Propagation de la lumière et visibilité d'un objet

La trajectoire de la lumière est donc représentée par un trait rectiligne sur lequel on indique le sens de propagation.

Pour voir un objet il doit réfléchir ou émettre de la lumière. Une partie de cette lumière doit nous parvenir à nos yeux.

2. Réfraction et réflexion de la lumière Lorsque la lumière arrive sur une surface de séparation entre deux __________ ____________, une partie de cette lumière est _____________ et une autre partie est ______________. C'est-à-dire la lumière __________ la surface en changeant de direction. Ce phénomène s'appelle la ___________ de la lumière. L'angle de changement de direction dépend de la nature (des indices) des deux milieux. Le pinceau nous paraît brisé à cause de la réfraction de la lumière lorsque celle-ci passe de l'eau dans l'air

rayon incident

rayon réfléchi

point d'incidence

rayon réfracté

3. Réflexion totale Dans certaine conditions, lorsque la lumière arrive « rasante » sur la surface, c'est-à-dire avec un angle d'incidence très grand, elle ne peut plus être réfractée, elle est totalement réfléchie.

Livre chap. 5 p. 70

Exercices 2, 7, 8, 9 p. 80, 81

Sciences et santé


4. Application à la fibre optique La fibre optique, fabriquée à base de silice, comme le verre, permet de diriger la lumière sur de très grandes distances sans perte, même dans les courbes. L'indice du coeur et plus grand que l'indice de la gaine.

Utilisations Réseau de télécommunication : la fibre optique remplace avantageusement les câbles électriques.

Endoscopie : la fibre optique permet d'observer l'intérieur du corps humain. Livre chap. 5 p. 70

Exercices 2, 7, 8, 9 p. 80, 81

Sciences et santé


6 – solutions et concentration massique

1. Solution

2. Préparation d'une solution par dissolution Les étapes d'une dissolution : voir le livre p. 89 et les TP

Concentration massique C'est la masse de soluté par litre de solution.

m masse en g V volume en L cm concentration massique en g/L ou g.L -1 Exercices m soluté (g)

V solution 150 mL

0,3 0,04

Livre chap. 6 p. 86

cm ( g / L )

Formule utilisée

8

200 mL 2.10-2

Exercices 21, 25, (30) p. 99-100

Sciences et santé


3. Préparation d'une solution par dilution

Les étapes d'une dilution : voir livre p. 95

La concentration finale se déduit de la concentration initiale Exercices solution mère cm0 3 g.L-1

V0

Livre chap. 6 p. 86

cm1

20 mL

1 g.L-1 1 g.L-1

solution fille 150 mL 0,1 g.L-1

5 mL

V1 200 mL

5 mg.L-1

Exercices 21, 25, (30) p. 99-100

Sciences et Univers

Description de l'Univers

7 - Description de l'Univers

1. Un peu d'histoire

La nébuleuse du Crabe est le reste d'une supernova observée en 1052. Une supernova est l'explosion de certaines étoiles en fin de vie. Les deux images montrent à quel point l'évolution technologique permet de découvrir toujours plus en détails notre univers.

2. Vitesse de la lumière dans le vide

3. Voir loin c'est voir dans le passé

Livre chap. 7 p. 104

Exercices 1, 2, 23, 28 p. 114-119

Sciences et Univers

Description de l'Univers

Mais pour voir loin il faut des instruments toujours plus sophistiqués. Actuellement, les objets les plus lointains sont vieux 14 milliards d'années.

4. Année de lumière

On peut l'exprimer en mètre en faisant le calcul :

L'étoile la plus proche se trouve à 4,24 a.l. de notre Soleil. La taille de la galaxie est d'environ 80 000 a.l. Remarque Notre Soleil est à 8 minutes-lumières de la Terre, veut dire que la lumière du Soleil met 8 min pour parvenir jusqu'à nous.

5. Description de l'Univers Voir l'affiche

6. Exercice La sonde spatiale Voyager 2 s'éloigne de notre système solaire à la vitesse extraordinaire de ... 17 km.s-1. Combien d'années lui faudrait-il pour atteindre Proxima du Centaure ?

Si, arrivé proche de l'étoile Proxima du Centaure, la sonde pouvait encore émettre, combien de temps mettrait le signal à nous parvenir ? Livre chap. 7 p. 104

Exercices 1, 2, 23, 28 p. 114-119

Sciences et Univers

Les étoiles

8.1 - Dispersion et réfraction de la lumière L’utilisation scientifique du phénomène de dispersion de la lumière est sans doute celui qui a permis les plus grandes avancées dans la connaissance des étoiles. Citer au moins une observation de ce phénomène de dispersion de la lumière

1. Les ondes électromagnétiques La lumière visible est un domaine des ondes ________________________ comme les ondes radio, les rayons X, les ________________ ou les __________________. On schématise une onde par une sinusoïde. Montrer une longueur d'onde sur la sinusoïde.

Elle est caractérisée par une fréquence en Hz (voir chap. 5) ou par une longueur d'onde λ en mètre. Longueur d'onde Domaine ou moyenne (nm) couleur

visible Représentation

Indiquer la couleur correspondante à la longueur d'onde, colorier les ondes et indiquer par oui ou non si la longueur d'onde est visible.

> 700 700 600 500 400 < 400 Exemple : la longueur d’onde des lasers rouges utilisés en TP est λ = ___________ le sous-multiple « nano » dans nanomètre correspond à _________.

2. Différentes lumières La lumière blanche est un __________ de plusieurs rayonnements de longueurs d'ondes différentes. La lumière blanche est une lumière ______________________. Le laser est un rayonnement __________________ longueur d'onde. C'est une lumière _________________________. Livre chap. 8 p. 120

Exercices 1, 2, 5 et 6 p. 130

Sciences et Univers

Les étoiles

3. Milieu dispersif L'indice de réfraction (voir chap. 8.2) d'un milieu _______________ (autre que le vide) varie avec la __________________________ du rayonnement. Par conséquent un rayonnement rouge ______________ le même angle de ______________ qu'un rayonnement bleu. On dit que le milieu est _________________. Il sépare les rayonnements de longueurs d'ondes différentes.

Montrer l'angle d'incidence et les angles de réfraction.

Voir aussi le chap. 5 – ondes et imagerie médicale

4. Dispersion de la lumière blanche par un prisme Un prisme est un objet en verre de forme triangulaire. Le prisme est un système ____________. Il permet de séparer les différentes radiations d'une lumière __________________ et ainsi d'en étudier la ___________________. L'image obtenue s'appelle un _____________ de la lumière.

Annoter le dessin : fente ; 1ère réfraction ; 2e réfraction ; prisme ; dispersion ; spectre ; lentille ; rayon de lumière blanche (et indiquer le sens de propagation de la lumière)

Remarque : la lumière d'un laser ___________________ dispersée puisqu'elle est composée que _________________ longueur d'onde.


Exercices 1, 2, 5 et 6 p. 130

Sciences et Univers

La lumière

8.2 – La réfraction de la lumière Depuis quelques années, grâce au laser, la lumière devient un instrument de mesure et de travail. Elle est utilisée dans de nombreuses technologies de pointes ou d’avenir. On utilise le laser pour refroidir des gaz au zéro absolu et inversement on utilise laser pour chauffer une matière à une température suffisante pour provoquer une fusion nucléaire. Des chirurgiens opèrent avec des scalpels laser. L’industrie découpe de l’acier au laser. Citer 3 applications (ou technologies) modernes qui utilisent la lumière -

1. Caractéristique de la lumière Une radiation est caractérisée par sa longueur d’onde λ (lettre grecque lambda) en mètres. Un laser produit une radiation monochromatique. Une lumière est un mélange de radiation La lumière du Soleil ou la lumière blanche d’une ampoule sont polychromatiques.

.

Notre œil interprète les différentes radiations monochromatiques par des couleurs différentes.

2. Propagation de la lumière Dans un milieu

, la lumière se propage en

.

Homogène veut dire que le milieu est le même partout dans toutes les directions.

3. Réfraction de la lumière Expérience 1 : le crayon cassé Placez un crayon dans une tasse remplie d’eau. Le crayon semble cassé.

Compléter les trajectoires réelles des rayons lumineux. La trajectoire de la lumière est

dans le milieu 1 (ici l’eau).

La trajectoire de la lumière est

dans le milieu 2 (ici l’air).

Mais lorsque la lumière change de appelée


, elle subit une .

Exercices 1, 2, 9, 11, 16, (23) p. 130-132

Sciences et Univers

La lumière

Expérience 2 : un rayon laser passe de l’air dans l’eau

Annoter le schéma : normale, point d'incidence, rayon incident, rayon réfracté, rayon réfléchi, plan d'incidence, i1 (angle d'incidence), i2 (angle de réfraction), surface de séparation, milieu 1, milieu 2

En plus du changement de direction, on observe que les rayons incident et réfracté sont dans le même . Remarque : on observe également un rayon réfléchi, qui se trouve dans le même plan. Lois de la réfraction énoncées par Descartes et Snell vers 1620. 1ère loi : loi du plan

2ème loi : loi des angles

où n1 et n2 sont les des deux milieux. Les indices sont sans unité.

Quelques indices : nvide = 1 ; nair ≈ 1 ; nmilieu non vide > 1 ; neau = 1,33 ; nplexiglas = 1,49 ; nverre crow = 1,51 ; nverre flint = 1,75 ; ndiamant = 2,417 Vocabulaire incident : qui rencontre une surface, un corps réfracté : rayon qui est dévié milieu : ce qui entoure, ce dans quoi une chose ou un être se trouve (air, eau, verre, …).

Exercice : un rayon passe de l'air dans l'eau. i1 = 40°, calculer i1.


Exercices 1, 2, 9, 11, 16, (23) p. 130-132

Sciences et Univers

Les étoiles

9 - Les spectres lumineux

1. Un peu d'histoire Joseph von Fraunhofer (1787-1826) est un physicien allemand. En 1814 il décompose la lumière du Soleil avec un spectroscope qu'il a inventé et construit et répertorie environ 500 raies sombres qui porteront son nom. En fait il y en a plusieurs milliers. Ce n'est que vers 1850 que l'on découvrira la signification de ces raies maintenant appelées raies d'absorptions. Joseph von Fraunhofer

2. Spectre continu L'appareil permettant d'observer les spectres lumineux s'appelle un _________________. Un spectre continu est le spectre d'un corps dense qui brûle et émet donc de la lumière. On parle aussi de spectre de la ___________ ____________.

Si le corps est moins __________, le spectre réduit du côté du ____________ .

3. Signature spectrale Un spectre de raies d'émissions correspond au spectre d'un gaz incandescent (exemple ________ _________ ). Le gaz n'émet de la lumière que dans ___________ longueurs d'ondes. Exemple : le spectre du mercure.

Le spectre est la signature d'un ___________ ____________. Autre exemple : le spectre du sodium


Exercices 1, 2, 6, 7, 13 p. 146 - 149

Sciences et Univers

Les étoiles

4. Le spectre du Soleil Lorsque la lumière blanche traverse un milieu transparent (par exemple un gaz ou une atmosphère), certaines longueurs d'ondes sont _____________ par ce milieu. Il manque alors certaines couleurs dans le spectre. On parle de spectre de _______ d'absorption. Le spectre du __________ est un spectre de _______ d'absorption.

Dessiner un spectre continu puis ajouter les raies A, B, C, D, E, F et G de Fraunhofer. Pouvez-vous deviner l'une ou l'autre des ces raies avec les spectroscopes dont vous disposez ?

Ces raies permettent d'identifier la __________________ de l'atmosphère du Soleil. Désignat°

Elément

Longueur d'onde (nm)

Désignat°

Elément


Désignat°

Elément


A

O2

759

A

O2

759

E

Fe

527

B

O2

687

B

O2

687

F

H

486

C

H

656

C

H

656

G

Fe

431

D

Na

589

D

Na

589

Le spectre d'une étoile permet encore de déduire sa température, son âge, son type, sa vitesse d'éloignement (décalage vert le rouge ou redshift) et de nombreuses autres informations. La spectroscopie stellaire ne se pratique pas que dans le domaine visible. On étudie également le rayonnement des étoiles et du cosmos dans les domaines radio, rayon X, infrarouge, ...

Vous devez compléter les spectres le plus soigneusement possible avec des crayons couleurs. Livre chap. 9 p. 136

Exercices 1, 2, 6, 7, 13 p. 146 - 149

Sciences et Univers

Les éléments chimiques présents dans l'Univers

10 - un modèle de l'atome

1. Un peu d'Histoire Ce n'est que depuis les années 2000 que l'on commence à observer les atomes avec des microscopes très puissants. Et pourtant cette entité invisible était déjà soupçonnée à l'antiquité. L'atome est enfin révélé en 1911 par Rutherford. Et que découvre-t-il ? Essentiellement du vide !

2. Constituants de l'atome

3. Notation symbolique du noyau de l'atome

Exemples Symbole Nom 90 40 1 1

composition

Zr

H

12 6

C

4. Caractéristiques de l'atome Dimension taille du noyau (ordre de grandeur)

Structure lacunaire (qui est vide)

taille de l'atome taille de l ' atome taille du noyau 10−10 1 5 = −15 = −5 =10 10 10


Exercices 8, 15, 16, (26) p. 160-164

Sciences et Univers

Charge électrique


neutron

proton

électron

Electroneutralité Masse

masse d'un nucléon masse d'un électron masse d'un atome

Exemple : calculer la masse de l'atome de potassium

5. Structure électronique d'un atome

Exemple pour le Potassium

Structure électronique :

6. Exercice Symboles et structures électroniques de l'oxygène, du Magnésium, de l'Aluminium et de l'Argon


Exercices 8, 15, 16, (26) p. 160-164

Sciences et Univers


11 - l'élément chimique

1. Un peu d'Histoire Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) est considéré comme le père de la chimie moderne car il a fait les premières expériences quantitatives (avec des mesures). Il reprend une maxime pour résumer une loi fondamentale de la chimie et de la physique : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

2. Les isotopes

Exemple : les isotopes naturels du carbone Isotope

Nom commun

12 6

C

Carbone 12

13 6

C

Carbone 13

14 6

C

Nucléons Protons Neutrons Abondance (%) La radioactivité du carbone 14 décroît avec le temps ce qui permet de dater des objets très anciens.

Carbone 14

3. Les ions monoatomiques

Exemples Ion Cl

-

Na

Nom

anion ou cation ?

Z

Perte ou gain d'e- ?

Nb e-

Structure électronique

ion chlorure +

ion sodium

3ion nitrure N L'ion hydroxyde HO - n'est pas un ion monoatomique car il contient deux atomes différents

4. Définition de l'élément chimique


Exercices 4, 9, 11, 21 (ou 22) p. 176 à 179

Sciences et Univers


5. Conservation de l'élément chimique

6. Comportements chimiques des atomes Les gaz nobles ou gaz rares

Règle de l'octet

Ces éléments tendent à adopter la structure électronique du gaz rare le plus proche dans le tableau.

Exceptions

Application pour déterminer la charge d'un ion Quelle est la charge de l'ion oxyde que l'on peut obtenir avec l'élément oxygène O ?


Exercices 4, 9, 11, 21 (ou 22) p. 176 à 179

Sciences et Univers


12 - la classification périodique des éléments

1. Un peu d'histoire L'or (Au, Z=79) est connu depuis plus de 7000 ans car on pouvait le trouver tel quel dans la nature (élément natif) et sa couleur jaune le rendait voyant. Jusqu'au 16e siècle seule une dizaine d 'éléments étaient identifiés tels que le fer (Fe), le cuivre (Cu) et l'argent (Ag). Ce n'est que vers le milieu du 18e siècle que les autres éléments sont progressivement découverts. Le nombre d'éléments augmentant des scientifiques essayent de les classer. Lorsque en 1869 Dimitri Mendeleïev (1834-1907) trouve enfin un classement satisfaisant, plus de 60 éléments sont connus. Grâce à cette classification, il prédit l'existence d'éléments encore inconnus. Actuellement 112 éléments sont connus. Quelques uns ont été crée artificiellement et n'existent pas dans la nature. C'est le cas du Francium Fr (Z=87)

2. La classification des éléments

Livre chap. 12 p. 182 + couverture arrière

Exercices 1, 2, 7, 11, (23) p. 192-196

Sciences et Univers


3. Utilisation du tableau Quel ion pourra former le brome ? Et le potassium ?

Combien de liaisons peut former l'iode ?

4. Quelques familles Groupe 1 : les métaux alcalins (sauf l'hydrogène) , Na et K interviennent dans les organismes vivants, les poudres des métaux sont utilisés pour les couleurs des feux d'artifices. Groupe 17 : les halogènes interviennent dans de nombreux objets de notre quotidien (dentifrice, casseroles, ampoules, eau, plastiques). Groupe 18 : les gaz nobles ou gaz rares sont très stables. Livre chap. 12 p. 182 + couverture arrière

Exercices 1, 2, 7, 11, (23) p. 192-196

Sciences et Univers

Le système solaire

13. Mouvements et forces dans l'Univers

1. Un peu d'histoire 300 avant Jésus Christ : le géocentrisme Dans l'antiquité, Aristote, en Grèce, décrit une organisation du monde qui va perdurer jusqu'au 17e siècle. Durant 2000 ans, on plaçait la Terre au centre de l'Univers. Mais cette disposition ne permettait pas de rendre compte de certains mouvements apparemment complexes comme celui de la planète Mars. Aristote 384 – 322 av. J.C.

Environ une fois par an Mars semble faire marche arrière avant de reprendre sa course normale.

1610 : l'héliocentrisme Galilée, en Italie, observe Jupiter et découvre ses quatre principaux satellites. Il découvre également les phases de Venus. Ces deux observations apportent des arguments scientifiques au système héliocentrique.

Galilée 1564 - 1642

Extrait des notes des observations de Galilée : Jupiter et ses satellites

A la même période Kepler, à Prague, calcule la trajectoire de Mars grâce aux mesures très précises de Tycho Brahe. Il découvre ainsi que la planète tourne autour du Soleil et non de la Terre, que l'orbite est une ellipse et non un cercle. Pour expliquer cette observation il attribue au Soleil une «âme» ou «force» motrice qui induit le mouvement des planètes. Organisation du Monde selon Kepler. Le Soleil est au centre. Des structures géométriques tiennent les orbites des planètes.

Kepler 1571 - 1630

En 1677, Isaac Newton, à Londres, établit la force de gravitation qui agit à distance et énonce le principe d'inertie qui expliquent les observations et mesures de Galilée, Tycho Brahe et Kepler.

Newton 1643 - 1727 Livre chap. 13 p. 198

Exercices 18, 20, 21, (23) p. 206 à 209

Sciences et Univers

Le système solaire

2. Les observations de Galilée Les phases de Vénus En plaçant la Terre au centre de l'Univers, pour justifier que Vénus reste toujours proche du Soleil mais périodiquement à droite puis à gauche de celui-ci, il fallait admettre que Vénus tourne autour de la Terre en moyenne à la même vitesse que le Soleil (24h) mais que parfois elle accélère pour le dépasser et parfois elle ralentie pour se laisser dépasser.

Lorsque Galilée pointe sa lunette vers Vénus il découvre les phases de la planète. Vénus n'est donc pas un astre lumineux mais réfléchit la lumière du Soleil. Dans un système géocentrique, seules les phases en forme de croissants seraient visibles (image de droite). Or Galilée observe toutes les formes de phases possibles (image en bas à droite).

les phases de Vénus

Ce phénomène s'explique très bien dans un système héliocentrique et en considérant que la Terre et Vénus ne tournent pas à la même vitesse autour du Soleil.


Exercices 18, 20, 21, (23) p. 206 à 209

Sciences et Univers

Le système solaire

Les lunes de Jupiter On les appelles maintenant les lunes Galiléennes. Galilée pointe sa lunette vers Jupiter. Il observe des points lumineux (voir sur l'image de droite les vues de la Terre 1 à 5) en mouvements, proche de la planète. Comme il les observe parfois d'un côté ou de l'autre de la planète, il en conclut qu'il ne s'agit pas d'étoiles mais d'astres (lunes) tournant autour de Jupiter (voir la vue à la verticale du plan équatorial de Jupiter sur l'image de droite). Le fait d'observer des objets célestes tournant autour d'une autre planète, montre qu'il existe d'autres « centres de l'Univers ». La Terre n'a donc plus ce statut privilégié et pourrait donc tourner elle même autour du Soleil.

3. Le mouvement rétrograde de Mars Le système géocentrique ne permettait pas d'expliquer avec satisfaction et précision les « marches arrières » (rétrograde) de Mars. Maintenant on sait qu'il s'agissait en fait d'un simple phénomène de parallaxe et de mouvement relatif par rapport à la Terre. La révolution de la Terre autour du Soleil est plus rapide que celle de Mars (1,9 ans). Environ une fois par an, la Terre rattrape puis dépasse Mars. Mars étant beaucoup plus proche de la Terre que les Etoiles, Mars semble alors reculer sur le fond étoilé.


Exercices 18, 20, 21, (23) p. 206 à 209

Sciences et Univers


Le système solaire

Exercices 18, 20, 21, (23) p. 206 à 209

Sciences et Univers

Le système solaire

14 – La gravitation universelle

1. Un peu d'histoire Newton (1643-1727) est célèbre pour son principe d'inertie et pour la formulation de la gravitation universelle. Ces deux lois sont les bases de la mécanique classique qui agit sur notre quotidien. Ces lois ont permis de décrire les mouvements sur Terre mais aussi dans tout l'Univers.

2. Loi de l'attraction gravitationnelle

Isaac Newton par Godfrey Kneller (1689)

3. Le poids Le poids est la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet à sa surface ⃗ P =G×

m Terre ×mobjet R

2

=

G×m Terre R

2

×m objet et

G×m Terre R

2

=9,81 N.kg−1

Finalement

g =9,81 N.kg

−1

intensité de la pesanteur terrestre (valeur à Paris)

Remarques

Livre chap. 14 p.198

•

La Terre n'étant pas une sphère parfaite, g varie selon le lieu.

•

Si l’objet change d’altitude alors la distance d entre le centre de la Terre et le centre de l’objet n’est plus égal au rayon terrestre. La valeur de g change (elle diminue).

Exercices 16, 19, 20 p.225

Sciences et Univers

Le système solaire

4. Quelques exemples

Lancer d'une balle sur Terre Pendule sur Terre

Attraction Terre-Lune

5. Masse et poids La masse est en lien avec la nature et la quantité de la matière dont est faite un objet. La masse s'exprime en kg. Le poids dépend de la masse attractive (par exemple la Terre). C'est une force en newton (N).

6. Le pèse-personne

7. Poids sur la Lune La Lune possède une masse plus petite et un rayon plus petit que la Terre. C'est pourquoi le poids sur la Lune est environ six fois plus faible que sur la Terre. g Lune≃

g Terre 9,81 = =1,6 N.kg−1 et le poids s'exprime 6 6

Attention : la masse d'un objet ne change pas, qu'il soit sur Terre ou sur la Lune.

Livre chap. 14 p.198

Exercices 16, 19, 20 p.225

Sciences et sport

L'étude du mouvement

Chapitre 15.1 - mouvement et vitesse 1. Système étudié

2. Référentiel

3. Référentiel terrestre

4. Référentiel géocentrique

5. Relativité du mouvement : l’importance du référentiel

Souligner en vert le référentiel et en rouge le système. Préciser à chaque fois si le référentiel de l’observateur est terrestre, géocentrique ou autre. Préciser si le corps considéré est au repos ou en mouvement dans ce référentiel. Vous pouvez préciser l’allure du mouvement lorsque c’est possible. Situation

type de référentiel

Repos

Mouvt

Une voiture qui roule dans la rue, vue depuis le trottoir. La même voiture vue du conducteur d’une voiture qui la suit à la même vitesse. La Tour Eiffel vue de la cathédrale Notre Dame de Paris La Tour Eiffel vue depuis un point fixe de l’espace Une maman observe depuis un banc, son enfant sur un carrousel. L’enfant sur le carrousel qui tourne regarde sa maman assise sur un banc. La maman regarde son enfant. Elle s’est assise sur le carrousel pour le tenir. Un enfant dans un train regarde la balle qu’il a posé sur la tablette de son siège. L’enfant dans le train fait rebondir la balle verticalement dans l’allée du wagon.


Exercices 11, 12, 21 p. 241-243

Sciences et sport


6. Origine du temps

7. Trajectoire

Vitesse moyenne entre deux points de la trajectoire

8. Mouvement uniforme

9. Chronophotographie et vidéo Pour étudier le mouvement d’un objet on repère sa position (repère dans l’espace) à intervalles de temps réguliers (repère dans le temps). On peut par exemple filmer l’objet et repérer un point particulier de l’objet. Qualifier les mouvements suivants


Exercices 11, 12, 21 p. 241-243

Sciences et sport


15.2 – Interaction et forces

1. Interaction Lorsqu'on pousse un objet avec la main pour le déplacer, notre main est en interaction avec cet objet. L'objet posé sur la table est en interaction avec cette dernière. Ces deux premières interactions nécessitent un contact. Sans contact pas d'interaction. Si on lâche l'objet, il tombe, attiré par la Terre. La Terre est en interaction avec l'objet. Cette interaction s'opère à distance. Une interaction s'opère entre 2 objets

2. Inventaire des interactions Pour n'oublier aucune interaction entre le système étudié et son environnement on les représentes par un diagramme "objet-interactions". Qu'est ce qui est en contact avec le système ? Qu'est-ce qui agit à distance sur le système ? Schéma de situation

Diagramme objet-interactions

Le système étudié est la balle

3. Forces Chaque interaction est modélisée par une force appliquée à l'objet. •

La Terre applique une force qui "attire" la balle vers le bas : on l'appelle le poids

•

Le pied applique une force qui projète la balle vers le haut.

•

Le sol supporte la balle, c’est la réaction

⃗ P .

⃗ R du support.

La force se décrit par une action (un verbe).


Exercices 10, 13, 14 p. 241

Sciences et sport


Exemple : dessiner une force de direction horizontale de sens vers la droite et d’intensité 5N (échelle 1 cm représente 1N)

4. Représentation des forces On représente les forces à partir d'un point de l'objet. L'objet est modélisé par un point, en général le centre de l'objet. On parle de point objet.

5. Les effets d'une force


Exercices 10, 13, 14 p. 241

Sciences et sport

Etude du mouvement

15.3 – Principe d'inertie

1. Un peu d'histoire Isaac Newton (Anglais - 1643-1727) est un philosophe, mathématicien, physicien, alchimiste, astronome et théologien anglais. Il est le fondateur de la mécanique classique. Il a énoncé la loi de gravitation universelle et les 3 lois de la mécanique classique. Mais son oeuvre est bien plus vaste. Wikipédia

2. Les effets d'une force

3. Inertie d'un objet

4. Principe d'inertie

Dans ce cas

L'inverse est vrai également


Exercices 1, 2, 3, 8, 19, 23, (26), (28) p. 240-244

Sciences et sport

Etude du mouvement

5. exemples Situation ou trajectoire

Les forces se compensent ?

Pour chaque situation ou trajectoire, dire si les forces s'annulent (se compensent) ou non et pourquoi.


Exercices 1, 2, 3, 8, 19, 23, (26), (28) p. 240-244

Sciences et sport

Les besoins de l'organisme

16.1 La mole Pour réaliser des réactions chimiques, il faut connaître le nombre d’éléments des espèces chimiques qui réagissent.

1. Compter ou peser ? Du microscopique au macroscopique Exemple : au niveau macroscopique le clou va peser 5,38 g, une masse facile à mesurer. La masse d'un atome de fer est

−23

mFe =9,35 .10

g

Le clou contient donc m 5,38 N = clou = =5,75 .1022 atomes de fer. mFe 9,35.10−23 Au niveau microscopique un clou est composé d'atomes de fer invisibles à l'oeil nu. Ils sont des milliards de milliards, impossibles à compter. Pour faciliter le comptage, les atomes sont comptés par paquets appelés « mole ».

2. La mole Le nombre d'atomes contenu dans une mole (un paquet) vaut:

Les scientifiques ont choisi de prendre comme quantité de référence le nombre d’atomes contenu dans 12g de Carbone. Cette quantité de référence est devenu la mole, une unité de mesure des chimistes.

3. La masse molaire

Exemples Elément

Masse molaire M (masse d'une mole)

Nombre d'atomes dans une mole de cet élément

Cuivre - Cu Fer - Fe Oxygène - O


Exercices 6, 7, 8, 9 p. 256

Sciences et sport


4. Peser c'est compter : la quantité de matière Exemple : on veut préparer 1,3 mole de carbone. Comment procéder ?

Généralisation

Exemples élément

M (Masse molaire)

Fer - Fe

n (quantité de matière)

m (masse à peser)

0,05 mol

Sodium - Na

42 g

5. Masse molaire d'une molécule

Exemple : quelle est la masse molaire du dioxyde de carbone CO 2 ?

Atomes qui composent la molécule

Molécule

Masse molaire des atomes de la molécule

Masse molaire de la molécule

CH4 (Méthane)

CaCO3 (Calcaire) Remarque :

on parle de masse molaire atomique pour les atomes et de masse molaire moléculaire pour les molécules.


Exercices 6, 7, 8, 9 p. 256

Sciences et port


16.2 La concentration molaire Beaucoup de réactions chimiques se déroulent en solution. Combien y-t-il de moles de soluté en solution ?

1. Concentration molaire Méthode de calcul et formules Soit une masse msoluté de soluté

Exemples quantité de matière

Volume solution

n = 0,5 mol

V = 150 mL

concentration molaire

c = 5.10-3 mol/L

n = 20 mmol V = 200 mL

c = 2 mol/L

2. Concentration massique et concentration molaire, une histoire de masse molaire


Exercices 12, 18, 19 et 26 ou 27 p. 257-259

Sciences et port


3. Cas des solutés liquides •

Si vous connaissez la masse du liquide, rien ne change dans le calcul du paragraphe 1.

•

Si vous connaissez le volume : Dans ce cas il faut en déduire la masse m=ρ×V ρ masse volumique (lettre grecque rho minuscule) en kg/m3 ou en g/L : 1 kg/m3 = 1 g/L m masse du soluté en g V volume du soluté en L

4. Concentration molaire et dilution

Exemples Soit une solution mère de concentration molaire c0 = 2 mol/L. On en prélève 20 mL dans une pipette jaugée que l'on dilue dans une fiole jaugée de 150 mL. Quelle sera la concentration molaire de la solution fille ?

Soit une solution mère de concentration molaire c0 = 3 mol/L. On veut obtenir une solution fille de concentration molaire c1 = 0,05 mol/L dans une fiole jaugée de 250 mL. Quel volume de solution mère faudra-t-il prélever ?


Exercices 12, 18, 19 et 26 ou 27 p. 257-259

Sciences et sport

Les besoins et les réponses de l’organisme

17. La réaction chimique

1. Introduction La contraction musculaire nécessite de l'énergie. Cette énergie est stockée et transportée dans les cellules sous forme de molécules : l'ATP est la réserve d'énergie de la cellule. La réaction de l'ATP avec l'eau (hydrolyse) libère de l'énergie. Et l'énergie de l'ATP provient de la respiration et de l'alimentation. Source : La chimie et le sport, EDP Sciences

2. La transformation chimique Système chimique Le système chimique englobe l'ensemble des espèces chimiques qui vont intervenir dans une transformation chimique. Etat du système chimique L'état du système chimique indique, à un instant donné, les noms et les quantités de matières des différentes espèces chimiques, leurs états (solide, liquide, gazeux, en solution aqueuse), la température et la pression. Réactifs

Produits

Réaction chimique

Exemple de la réaction de combustion du carbone.

La combustion du carbone C avec le dioxygène O 2 Livre chap. 17 p. 262

...

donne du dioxyde de carbone CO 2 plus de l'énergie. Exercices 1, 2, 10, 13, (17) p. 272-276

Sciences et sport

Les besoins et les réponses de l’organisme

3. Equation de la réaction chimique L'équation est la symbolisation, à l'échelle macroscopique, de la transformation. Dans notre exemple de combustion l'équation s'écrit :

On précise en plus les états physiques des espèces chimiques :

Lois de conservation

4. Exemple La combustion du méthane CH4 avec le dioxygène de l'air produit du dioxyde de carbone et de l'eau. Ecrire l'équation de la réaction.

Compléter les phrases : ___ mole(s) de CH4 pourra réagir avec ___ mole(s) de O2 pour donner ___ mole(s) de CO2 et ___ mole(s) de H2O. 1 mole de O2 permettra de faire réagir ___ mole(s) de CH 4 et on obtiendra ___ mole(s) de CO2 et ___ mole(s) d'H2O. On considère 3 moles de CH4 totalement consumées avec le dioxygène de l'air. Définir les états initial et final du système. Etat initial


Etat final

commentaires

Exercices 1, 2, 10, 13, (17) p. 272-276

Sciences et sport

Les matériaux et les molécules dans le sport

18 - Les molécules : formules et groupes caractéristiques

1. Les molécules dans le sport Cette coupe, vous montre à quel point la chimie est présente dans un ski. L'évolution importante qu'ont connue les skis ces dernières décennies et les performances qui en découlent sont très fortement liées aux apport de la chimie et de la physico-chimie. source : La chimie et le sport, EDP Sciences

2. Définition d'une molécule

3. Modélisation d'une molécule La formule développée montre chaque liaison de la molécule La formule semi-développée prend moins de place. Les liaisons avec les hydrogènes ne sont plus représentées. La formule brute n'est qu'une indication du nombre d'atomes qui composent la molécule, mais ne donne aucune information sur l'assemblage des atomes. Exemple de l'acide éthanoïque. Formule développée

F. semi-développée

F. brute

Vue 3D

4. Nombre de liaisons En raison du nombre d'électrons que possède chaque atome sur la couche externe, ils font toujours le même nombre de liaisons. Par exemple, le carbone fera toujours 4 liaisons Atome

C

N

O

H

F, Cl, Br, I

Nombre de liaisons Le nombre de liaisons peut être déterminé à l'aide de la règle de l'octet


Exercices 1, 2, 8, 11, 14.a, 12, 15, 21 p. 286-289

Sciences et sport

Les matériaux et les molécules dans le sport

5. Isomères

Exemple : il existe 7 isomères de formule brute C 4H10O. Trouvez en 3 (dessiner les formules semi-développées).

6. Groupes caractéristiques Un groupe caractéristique est une partie particulière d'une molécule.

Un groupe caractéristique est un ensemble d'atomes liés entre eux dont au moins un n'est pas un atome de carbone. Exemples : entourer les groupes caractéristiques. 2-chloro-propane

éthanol

groupe halogène

groupe alcool propan-2-amine

acide méthanoïque

groupe carbonyle


groupe amine

Exercices 1, 2, 8, 11, 14.a, 12, 15, 21 p. 286-289

Sciences et sport

La pression

19 - Propriétés des gaz

1. Modèle microscopique d'un gaz

Exemple : les molécules de l'air L'air est constituée à 78% de diazote N 2, 21% de dioxygène O2 et de 1% d'autres gaz Remarque : le dioxyde de carbone CO2 n'est présent qu'à 0,038% est pourtant il provoque le réchauffement climatique.

2. Force pressante A chaque fois qu'une molécule cogne sur une surface, elle applique une minuscule force sur cette paroi. Comme il y a des milliards de milliards de ... de molécules toutes ces petites forces additionnées donnent une force globale perpendiculaire à la surface, appelée force pressante.

Modèle microscopique d'un gaz et force pressante

Un gaz exerce une action mécanique sur toute paroi avec laquelle il est en contact. Cette action est modélisée par une force pressante, perpendiculaire à la paroi, dirigée du gaz vers la paroi. Comment augmenter la force pressante ?

3. Pression P=


F S

Exercices 7, 8, 11, 14, 17 p 303-305

Sciences et sport

La pression

Mesure et unités

La pression atmosphérique Elle est maximale au niveau de la mer et diminue avec l'altitude. Elle varie aussi avec les conditions météorologiques. La pression moyenne au niveau de la mer est Patm = 1013 hPa.

4. Comportement des gaz aux faibles pressions Loi de Boyle-Mariotte – 17e siècle

Loi d'Avogadro-Ampère – début 19e siècle

Remarque : des faibles pressions sont des pressions inférieures à environ 3000 hPa.


Exercices 7, 8, 11, 14, 17 p 303-305

Sciences et sport

La pression

20 - Pression dans un liquide : plongée et sport en altitude

1. Modèle microscopique d'un liquide Un liquide est constitué de molécules. Ces molécules : –

comme pour les gaz, exercent une force pressante sur les surfaces en contacts

–

presque comme pour les gaz, elles sont très peu liées les unes aux autres

–

contrairement au gaz, sont très rapprochées les unes des autres

–

contrairement au gaz, on ne peut pas les comprimer

2. Force pressante La pression est la force pressante par unité de surface

P=

F . S

Force pressante et pression en fonction de la profondeur

3. Variation de pression en fonction de la profondeur

PA et PB : pressions aux profondeurs hA et hB (pascal) hA et hB : profondeur à partir de la surface du liquide (m) ρ (lettre grecque rhô minuscule) : masse volumique du liquide (kg/m3) ρeau = 1000 kg/m3 g : intensité de la pesanteur terrestre (g = 9,81 N/kg)

Application : Quelle est la variation de pression lorsqu'un plongeur descend de 10 m ?


Exercices 4, 10, 12, (23), 24 p. 318-321

Sciences et sport

La pression

4. Gaz dissous dans un liquide et plongée

C'est le cas de l'eau gazéifiée.

C'est le cas à l'ouverture d'une bouteille d'eau gazéifiée.

C'est le cas de l'air des poumons qui se dissous dans le sang lorsque le plongeur descend. L'oxygène est consommé par l'organisme, mais l'azote reste dissous dans le sang.

C'est le cas de l'azote dissous dans le sang lorsqu'un plongeur remonte. Cela provoque l'apparition de petites bulles de gaz dans les vaisseaux sanguins qui bloque la circulation sanguine. Pour éviter cela, il faut remonter très lentement ou par pallier.

5. Altitude et entrainement sportif

Avant une grande compétition un sportif de haut niveau part s'entrainer en altitude. Sa capacité respiratoire va augmenter pour compenser le manque d'oxygène. Au retour le corps va continuer à fonctionner encore un moment comme s'il était en altitude alors qu'il y a de nouveau plus d'oxygène dans l'air. Le sportif va donc assimiler plus d'oxygène que la normale et augmenter ainsi ses performances physiques.


Exercices 4, 10, 12, (23), 24 p. 318-321

Rédiger un rapport de TP Un compte-rendu de travaux pratiques est le premier document scientifique que vous êtes amenés à rédiger. A ce titre, il doit être écrit dans un style propre à la science, c’est-à-dire de manière concise et claire en évitant toute forme de style littéraire ou télégraphique. Le langage scientifique possède des termes ayant un sens précis et sans équivoque, il faut les utiliser correctement sans en abuser. Par exemple la masse et le poids sont des termes scientifiques distincts, même si dans le langage courant on peut aisément remplacer l’un par l’autre. Les abréviations peuvent être utilisées à condition qu’elles aient été définies dans le compterendu lors du première usage (ceci est valable dans tout type de rédaction). Vos explications doivent être suffisante et assez claires pour qu'un scientifique qui ne sait rien de ce que vous avez fait puisse lire votre rapport et comprendre votre travail. La structure d’un compte-rendu de travaux pratiques comprend : un titre, une introduction, une partie théorique, une partie de mise en oeuvre, les résultats, leur interprétation et une conclusion. 1 - L’introduction présente brièvement l’objectif des travaux pratiques et l’intérêt de la manipulation. 2 - Dans la partie théorique, on présente le principe de l’expérience que l’on a réalisé (sans forcement recopier intégralement l'énoncé). Il s’agit souvent d’une loi physique qui est appliquée pour une méthode d’analyse. Il faut alors présenter l’équation (forme mathématique de la relation entre les grandeurs physiques) les paramètres (grandeurs physiques maintenues constantes au cours de l’expérience) et les variables de l’expérience. Il ne faut pas omettre alors de donner les valeurs des constantes physiques avec leurs unités. 3 - Le principe de mesure sera décrit dans la mise en oeuvre. Le plus souvent un simple schéma permet d’identifier chaque élément du montage effectué. Cette description doit permettre à une personne qui n’a pas réalisé cette expérience d’avoir tous les éléments nécessaires pour la reproduire. Il faudra en particulier en chimie indiquer les solutions et les concentrations. On peut également indiquer ici des gestes et précautions particuliers à avoir pour réussir l'expérimentation. 4 - Les résultats des mesures sont regroupés dans un ou plusieurs tableaux. La mise en forme de ceux-ci doit permettre d’avoir un aperçu synthétique des manipulations effectuées. Un tableau est toujours précédé par une légende qui donne les informations nécessaire pour comprendre la nature des valeurs du tableau. Il faut faire apparaître pour chaque ligne ou colonne sa nature et les unités s’il s’agit de grandeurs dimensionnées. Les valeurs doivent être notées très clairement (sans ratures) en utilisant au besoin des puissances de 10 pour limiter le nombre de chiffres. 5 - Les résultats pourront aussi être présentés sous la forme de graphiques pour mettre en évidence, par exemple, une relation entre deux variables d’une mesure. Les figures seront suivies d’un titre et d’une légende explicative comme les tableaux. Il faut essayer de conserver l’axe des x en bas orienté vers la droite et l’axe des y à gauche orienté vers le haut sans oublier d’en indiquer la nature et les unités. Il faut prendre une échelle qui permet d’utiliser un maximum de surface de la feuille. Les points expérimentaux sont notés visiblement par des croix (+). Il est vivement conseillé de réaliser les graphiques sur du papier millimétré que vous pourrez joindre ou coller dans le rapport. Si des calculs sont effectués, il faut les présenter en 3 parties : la formule littérale, l'application numérique puis le résultat numérique, sans oublier les unités (exemple : ) Si le même calcul doit être effectué pour plusieurs valeurs, il suffit de montrer le calcul pour la première valeur de la série. Le résultat final (symbole de la grandeur, valeur, incertitude, unité) est souligné ou encadré. 6 - Toute expérience scientifique est suivie d’une interprétation. Ce sont vos résultats que vous devez commenter, non ceux que vous auriez dû obtenir. 7 - Le compte-rendu se termine par une conclusion qui doit, en quelques lignes, tirer une leçon du travail réalisé par rapport à l’objectif fixé, et tenter une généralisation - le cas échéant - du procédé et des résultats. On peut aussi apporter une appréciation personnelle sur les travaux (comparaison des valeurs obtenues avec des références, amélioration à apporter à la manipulation, discussion des résultats,...). 8 - Ces consignes ne sont pas strictes et seront adaptées à chaque situation d'expérimentation. 9 - Vous pouvez utilisez l'outil informatique pour faire vos rapports, tableaux, calculs et graphiques. Extraits et adaptation du document : www.unige.ch/.../Compte-rendu.pdf

Echelles de notre univers Puissances de 10 10-15 le le

picomètre (10-12 m) nanomètre (10-9 m)

atome

10-10

le micromètre (10-6 m)

-6

10

noyau atomique

Un atome est environ 100 000 fois plus grand que son noyau. De ce fait un atome est essentiellement composé de vide (plus de 999‰). C’est ce que l’on appelle l’aspect lacunaire de la matière.

A chaque niveau de dimension on peut observer la façon dont la matière se regroupe. On retrouve l’aspect lacunaire de la matière de l’intérieur de l’atome jusqu’au fin fond de notre univers.

cellule homme le mètre

L’échelle du mètre est celle que nous imaginons le mieux. C’est celle de notre quotidien.

100 le kilomètre (10+3 m) millier de mètres

Terre

10+7

Saturne

Neptune

10+12

Univers

amas de galaxies La plus connue des Galaxies proches est la Galaxie d’Andromède que l’on peut voir à l’oeil nu en été.

Les étoiles les plus proches de notre Soleil sont à quelques années lumières. La plus proche s’appelle Proxima du Centaure et se trouve à 4,22 a.l.

système solaire

Uranus

L’unité astronomique 1 ua =1,5 10+11 m (distance moyenne Terre - Soleil)

10 +24

10+22

galaxies du même amas

10+21

10+6 million

10+9 milliard

Jupiter

Tout l’univers est composé des mêmes atomes

Mercure Terre

Venus

Sources - cellule, “L’Homme de Vitruve” de Vinci, Terre : Internet - Galaxie M81 : nasa.gov - Etoiles proches, galaxies proches, amas de galaxies : Atlas Universalis de l’Astronomie, 1985 - Système solaire : copies d’écran du planétarium Starry Night pro 4 - particules, noyau, atome : Claude Divoux

Mars

galaxie (M81)

10+17 L’année lumière 1 al =9,461.10+15 m (distance parcourue par la lumière en 1 an)

étoiles proches © Claude Divoux, août 2007

Puissances de 10

0,000 000 000 001 = 10 pico (p) -9 0,000 000 001 = 10 nano (n) -6 micro (µ) 0,000 001 = 10 -3 0,001 = 10 milli (m) 3 1 000 = 10 kilo (K, k) 6 méga (M) 1 000 000 = 10 9 1 000 000 000 = 10 giga (G) 12 1 000 000 000 000 = 10 téra (T) En science il est habituel d’utiliser les puissances de 10 multiples de 3. Ex. : 32 000 Ω = 3,2 104 Ω (notation scientifique) = 32 103 Ω (notation ingénieur) = 32 KΩ (utilisat° des multiples)

Addition de fractions a + b = a + b a c

c

numérateur

a b + c d

=

c

c

même dénominateur : on peut donc rassembler les fractions en une seule.

dénominateur

a.d c.b + = c.d c.d

a.d + c.b c.d

a est la pente ou le coefficient directeur.

a=

y2 − y1 x2 − x1

Prendre 2 points assez éloignés l’un de l’autre pour avoir la meilleur précision.

0 = a.x 0 + b

⇒

b = − a.x0

y0 = a.0 + b

cond. mol. ion.

σ = λ .c

⇒

b = y0

Lorsque la force F 12 N l’allongement du ressort est de 67 mm. Quelle sera la force pour un allongement de 48 mm ?

écriture générale de l’équation d’une droite

12

67

F

48

loi des mailles

48 = F 12

x

48

67

x

F (N)

67 = 8,6 Ν

pen

te k

Fraction et produit

Calcul de pourcentage

un élement au dénominateur passe au numérateur lorsqu’on le change de coté de l’égalité.

Exemples : Combien font 15% de 1260 ? 15 X= .1260 = 189 100

c a=b x

c a=b

c= b a

c a =1 b

c a=1 b

x

vitesse temps

loi d’ohms

x

F=

Et inversement.

conductivité d’une solution électrolytique

U = R.I

12

x

x (m)

0 Graphiquement une proportionalité et une droite passant par l’origine

a= b c

conc.° mol

distance parcourue d’un objet en mouvement

Si la droite passe par l’origine son équation est : y = a.x (b = 0). Il suffit de prendre l’origine pour M1 et alors a = y2/x2.

Exemple : la force de rappel F d’un ressort est proportionnel à l’allongement x. (e n m a t h : y = a.x) F=k.x

constante à l’origine

d = v.t

x2

La règle de 3 peut s’utiliser lorsqu’il y a proportionnalité entre deux grandeurs.

résistance courant générateur

physique : u = R.i + E

x

x0 x1

Règle de trois ou produit en croix ou proportionalité

De nombreux phénomènes physiques sont décrits par une équation linaire du premier ordre (droite).

y = a.x + b

y0

M1

ou

Analogie math / physique

math :

y1 0

F (N) x (mm)

pente variable

M2

y2

Droite d’équation : y = a.x + b

Il faut modifier les numérateurs en conséquence.

Il faut trouver un dénominateur commun. C’est le produit des deux : c.d

y

Equation d’une droite

-12

x

x

Quel est le pourcentage de 380 par rapport à 845 ? 380 Y= .100 ≈ 45% 845 Remarque : 45% = 0,45

Ecrire les puissances de 10 sur la calculatrice On veut par exemple saisir la valeur 1,6.10-19 Calculatrice Casio

Tableur et logiciels de calculs

Touche spéciale : EE Affichage : 1,6E-19

Touche spéciale : x10x Affichage : 1,6E-19

Touche : la lettre E ou e Affichage : 1,6E-19

la lettre E remplace le “fois dix puissance”



Il faut lire : 1,6x10-19



O U T I L S M AT H É M AT I Q U E S P O U R L A P H Y S I Q U E

©Claude Divoux, 1999 màj 2012

Calculatrice TI