Mécanique Fluidique Chimie 2002 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

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Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Mécanique Fluidique Chimie 2002. Retrouvez le corrigé Mécanique Fluidique Chimie 2002 sur Bankexam.fr.

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2002

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Publié par	bankexam
Publié le	05 juin 2007
Nombre de lectures	39
Langue	Français

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LE CANDIDAT COMPOSERA LA PARTIE CHIMIE ET LA PARTIE MECANIQUE SUR DEUX COPIES SEPAREES La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée Feuille de papier millimétré PARTIE CHIMIE : (8 points) 1. On étudie la vitesse de la réaction d'oxydation des ions iodure I − par les ions peroxodisulfate S 2 O 82 − , à température constante. 1.1 Ecrire les demi-équations représentant chacun des deux couples d'oxydo-réduction. 1.2 En déduire, en utilisant les données du problème, l'équation bilan de la réaction étudiée (réaction 1). 2. Afin de réaliser cette étude on dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium de concentration C = 1,00 × 10 − 2 mol.L − 1 . L'équation-bilan de réaction de dosage (réaction 2) est : I + 2 S O 2 − → 2 I − + S O 2 − 2 2 3 4 6 Mode opératoire : Dans 6 erlenmeyers numérotés de 1 à 6, à t o = 0 on réalise 6 mélanges identiques de volume v = 10,00 mL contenant des ions peroxodisulfate de concentration initiale S 2 O 28 − = 1,00 × 10 − 2 mol.L − 1 0 et des ions iodure en excès. A la date t 1 , on refroidit brutalement le mélange contenu dans l'erlen n°1 et on dose le diiode formé par la solution de thiosulfate de sodium. Soit V 1 le volume nécessaire pour observer la décoloration de la solution. On opère de même, successivement, pour chacun des 6 erlenmeyers. On obtient les résultats ci-dessous : numéro de 4 5 6 l'erlen123t i (min) 2 4 6 8 10 15 V i (mL) 4,8 8,5 11,3 13,45 15,05 16,35 2.1 Etablir la relation entre le nombre de moles d'ions thiosulfate versés à décoloration et le nombre de moles de diiode formé. 2.2 Etablir la relation entre le nombre de moles de diiode formé et le nombre de moles d'ions peroxodisulfate restant, en exploitant l'équation de réaction (1). 

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE: SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coefficient : 5 Session : 2002 Durée : 3 Heures Options : Toutes PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET DE Epreuve: N°4 Physique - Chimie - Electricité PROCEDES INDUSTRIELS Partie : Mécanique - Fluidique - Chimie NORMAL Ce sujet comporte 5 pages Page 1/5 2PYPLME1

2.3 En déduire que la concentration en ions peroxodisulfate restant à la date t i peut se mettre sous la forme : S 2 O 82 − t = 1,00 × 10 − 2 − 0,5 × V i avec V i en L. i On pourra admettre cette relation pour la suite du problème. 3. Tracer la courbe donnant l'évolution de la concentration S 2 O 82 − t en fonction du temps. L'axe des ordonnées sera gradué de 0 à 10 × 10 -3 mol.L -1 . 4. Déterminer la vitesse de la réaction à l'instant t 2 = 4 min. Indiquer comment évolue, au cours du temps, la vitesse instantanée. Justifier la réponse. Données : E 0 = 2 01 V S O 2 − /SO 2 − , 2 8 4 E 0 = 0,53 V − I / I 2 E 0 = 0 V S 4 O 26 − /S O 23 − ,22 2 Coloration des espèces en solution : I 2 : jaune toutes les autres espèces : incolore.

PARTIE MECANIQUE : (12 points) EXERCICE 1 (4 points) : Conséquences de l'effet Venturi Dans cette étude, l'air sera assimilé à un fluide incompressible (masse volumique µ constante), ce qui est vrai avec une bonne approximation dans les deux cas envisagés. Ainsi on pourra appliquer pour l'air les mêmes équations que pour les fluides liquides. Les questions 1°) et 2°) sont indépendantes. 1°) Un tube de courant d'un fluide de masse volumique µ se déplaçant horizontalement est caractérisé à un certain endroit par sa section S 1 , la vitesse v 1 d'écoulement du fluide et la pression p 1 de ce fluide. Le tube de courant subit un rétrécissement de sorte que les nouvelles valeurs de section, vitesse et pression sont respectivement : S 2 , v 2 , p 2 . (figure 1) En appliquant la conservation du débit le long d'un tube de courant ainsi que l'équation de Bernoulli , démontrer que : p 1 − p 2 = 21 µ .v 12  SS 21  2 1   − lignes de courant S 2 , v 2 , p 2 section S 2 figure 1 2°) La forme d'une aile de planeur est étudiée pour que la section du tube de courant qui passe au dessus de l'aile subisse un rétrécissement : S 2 < S 1 , contrairement au tube de courant passant au dessous de l'aile. ( figure 2 ) 2-a) Quel est le signe de (p 2 – p 1 ) ? Quel est l'effet de cette différence de pression sur l'aile du planeur ? 2-b) Calculer numériquement la différence de pression (p 1 – p 2 ) si S 2 est la moitié de S 1 . On donne µ = 1,2 kg/m 3 et v 1 50 m/s = (Remarque : le vecteur vitesse du courant d'air par rapport à l'avion est de sens contraire au vecteur vitesse de l'avion par rapport à l'air mais ces deux vecteurs vitesses ont même norme)

S 1 , v 1 , p 1



S 1 ,v 1 ,p 1 S 1 ,v 1 ,p 1 Lignes de courant de l'air

Profil de l'aile

S 1 ,v 1 ,p 1

S 2 ,v 2 ,p 2

figure 2 2-c) En assimilant une aile à une surface plane d'aire A = 10 m 2 , calculer la valeur de la force exercée sur une aile, due à cette différence de pression. EXERCICE 2 (8 points) Banc d'essai pour freins d'avion Afin de tester l'efficacité des freins dont les avions sont équipés - leur usage est principalement requis lors de l'atterrissage – la société MESSIER-BUGATTI, fournisseuse d'équipements aéronautiques, dispose d'un banc d'essai (Source : revue Télémécanique Automatismes n°23 de novembre 1994 – les passages entre guillemets et italiques sont des citations de l'article de la revue, ainsi que le schéma suivant). Mesures - traitement Salle de contrôle impression des : aidecaounddiuaigtenostic station m i d s e e tr a a u v a p i o l in X t -TEL Centrale HP alarmes, MMX 7 tableaux, recettes, mesures 7 TSX 87-40 RVT 84 Salle 260 E/S TOR électrique 1750 A UNI-TELWAY Liaison série Mt. d’inertie max. global :13 t 2 onnes.m Moyens POSTE 1 moteur embrayage Energie max. globale :150.10 6 joules POSTE 2 communs c.c. énération ano lie 500 kW ano lie h drauli ue frein h drauli ue de secours de frein mesures : neumo/ mesures : tneivmepaéuraturhdrauliue P P T° frein e mesures : P ilota e pression T° frein servovalve frein P pilotage de secours servovalve ventilation neumo/ Frein n° 1 Frein n° 2 et rou e hydraulique ventilation volants d’inertie embrayables aspiration mesures : et rou e température as iration Bâti antisismique Salle machine Figure 3

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“La machine d'essai simule l'énergie fournie au frein au cours d'une campagne effectuée sur un échantillon donné, indiquant les inerties en jeu et les lois dynamiques de vitesse à contrôler. L'énergie cinétique est produite par la mise en rotation de volants d'inertie configurables, montés sur un arbre horizontal. Le moment d'inertie maximal est exceptionnel : avec ses 13 t.m 2 il constitue probablement un record. Les volants sont entraînés à vitesse variable par un moteur électrique pour atteindre avec précision les vitesses de rotation recherchées. Le moteur est ensuite débrayé, puis le frein n°2 (voir figure 3) – situé à l'une des extrémités de l'axe de rotation – actionné, afin d'assurer la décélération des masses.” I – Mise en rotation et freinage des volants d'inertie. Un moteur à courant continu, associé à un variateur numérique RECTIVAR RTV84 entraîne les volants d'inertie à la vitesse recherchée. Le variateur RECTIVAR permet de régler la marche du moteur pour qu'il exerce un couple constant égal à 3,2 × 10 3 N.m pendant la phase de montée en vitesse des volants. Pendant cette phase, l'arbre moteur effectue une rotation de 4,43 × 10 4 rad. I.1 Montrer que pendant la phase de montée en vitesse des volants, l'accélération angulaire de leur mouvement de rotation est constante. Préciser sa valeur numérique quand tous les volants sont en service. I.2 Quelle est la vitesse angulaire de l'ensemble des volants à la fin de cette phase ? I.3 Calculer la puissance sollicitée par l'arbre des volants à la fin de la phase d'accélération. I.4 On admettra qu'à la fin de la phase d'accélération, la vitesse angulaire atteinte par les volants est de 150 rad.s -1 , le moteur électrique est alors débrayé, et le frein actionné. L'ensemble des volants s'arrête au terme d'une durée de 240 s. I.4.1 Calculer l'accélération angulaire, supposée constante, pendant cette phase de freinage. I.4.2 Calculer le couple de freinage Γ F imposé par le frein au système des volants. I.4.3 Combien de tours a fait l'arbre des volants pendant la phase de freinage ? II – Données d'un atterrissage réel. Un avion de 300 tonnes aborde la piste d'atterrissage à la vitesse de 288 km.h -1 . Il dispose d'une piste utile de 2700 m devant lui. En raison d'avaries, il ne peut utiliser ni l'inversion de flux des réacteurs, ni la sortie d'aérofreins. Il ne peut compter que sur ses freins, au nombre de huit, pour s'arrêter en une durée de 67 s. II.1 Calculer l'énergie cinétique de translation de l'avion au moment où ses roues touchent le sol. II.2 Pour simuler ces conditions de retour au sol, on utilise le banc précédent. Ce banc ne simule qu'un seul des huit freins de l'avion. A quelle vitesse de rotation doit-on porter l'ensemble des sept volants ? En combien de temps doit-on l'arrêter ? BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE: SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coefficient : 5 Session : 2002 Durée : 3 Heures Options : Toutes PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET DE Epreuve: N°4 Physique - Chimie - Electricité PROCEDES INDUSTRIELS Partie : Mécanique - Fluidique - Chimie NORMAL Ce sujet comporte 5 pages Page 5/5 2PYPLME1 

FICHE DE MATIERE D'OEUVRE BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.) Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels NORMAL 2002 

PHYSIQUE CHIMIE ELECTRICITE Partie Mécanique Fluidique Chimie Durée : 3 heures - Coefficient : 5 A fournir par le centre d'examen : Feuilles de copie Feuilles de brouillon Feuille de papier millimétré A fournir par le candidat : La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée Documents interdits : Tous les documents sont interdits 

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2PYPLME1 (PL99029/PL00051) 