2nde   

« Thème 2 – Le sport  »  

Livret 2 / les cours et exercices 

Sommaire 

 

Page 3 :    CHAP1/ Relativité du mouvement 

Page 4 :    CHAP2/ Actions mécaniques et forces 

Page 6 :    CHAP3/ Le principe d’inertie 

Page 7 :    CHAP4/ La pression, un paramètre influençant            les performances sportives 

Page 9 :    Exercices 

 

 

Thème 2 : le sport

Chap 1 : Relativité du mouvement

Etude du mouvement

La trajectoire

L’ensemble des ..................................................... .................................................................................... .................................................................................... ....................................................................................

Si la trajectoire est une ............................................, le mouvement est dit .................................

Si la trajectoire est un .............................................., le mouvement est dit .................................

Si la trajectoire est une ............................................, le mouvement est dit .................................

La vitesse

Un objet parcourt une distance d pendant une durée t , sa vitesse moyenne est :

L'unité légale de la vitesse est le………….

L'unité fréquemment utilisée est le …………..

Comment observer un mouvement ?

Pour étudier les corps en mouvement, on utilise la technique de la .........................................

La chronophotographie est une technique qui consiste à enregistrer sur un même film photographique, les images successives d'un corps en mouvement, à des intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les 1/10 de seconde.

→ Si l’espace entre les différentes positions de l’objet est toujours le même: ..................................................................................... ..................................................................................... .....................................................................................

→ Si l’espace entre les différentes positions de l’objet augmente: ..................................................................................... ..................................................................................... .....................................................................................

→ Si l’espace entre les différentes positions de l’objet diminue: ..................................................................................... ..................................................................................... .....................................................................................

Relativité du mouvement

Suivant l’observateur, un objet peut être soit ................................, soit ........................................

Pour décrire le mouvement d’un objet, il faut préciser .................................................................. ................................................................................. ............................................... Le mouvement d’un objet dépend ............... ...........................................................

→ Pour Jean, Annie est immobile/en mouvement → Pour Thomas, Annie est immobile/en mouvement

Thème 2 : le sport

Chap 2 : Actions mécaniques et forces

Notion d’actions mécaniques EX1 : Une pomme est attachée à un arbre par sa tige ; elle ne tombe pas car : …………………………………………………. …………………………………………………. ………………………………………………… EX2 : La tige casse, la pomme tombe car …………………………………………………. …………………………………………………. ………………………………………………… EX3 : Un voilier peut avancer sur la mer car ………………………………………………….………………………………………………….…………………………………… EX4 : Une règle frottée par un chiffon de laine est approchée d’un filet d’eau ………………………………………………….………………………………………………….…………………………………… Une action mécanique, agissant sur un objet, est capable : …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Une action mécanique est dite : - ……………………. ou ………………………. - ……………………. ou ………………………. Exemples d’actions mécaniques de contact à distance répartie localisée Ex1 Ex2 Ex3

Représenter une action mécanique sur une figure

Le vecteur force Un ressort est attaché au plafond ; on exerce sur l’extrémité du ressort une action qui le déforme Dans le cas 1 Le ressort ………………………...………… ……………………………………………… Dans le cas 2 Le ressort ………………………...………… ……………………………………………… Dans le cas 3 Le ressort ………………………...………… ………………………………………………

Pour représenter sur un schéma l’action exercée par un corps sur un autre corps, on dessine un ……………………………….… appelé ……………

ou plus simplement …………………

dont les caractéristiques sont

- ………………………….. - …………………………. - …………………………. - …………………………

Applications Force de valeur 20 N, exercée par le poussoir sur la bille

1cm pour 10 N ……………… Forces de valeur 150 N, exercées par les cordes sur les seaux

1cm pour 100 N ……………… Force de valeur 100 N, exercée par la corde sur le camion

1cm pour 50 N ……………… Force de valeur 300 N, exercée par la corde sur le personnage 1cm pour 120 N ………………

Exemples de force

Le poids d’un objet La Terre exerce une action mécanique sur tous les objets placés à sa proximité. Cette action………………………….………… ………….………………………………………………. Elle est modélisée par une force que l’on nomme ………………. Point d’application : ……………….. Direction : …………………………. Sens : …………………………… Valeur :……………………. Reprenons notre pomme de 200 g accrochée à son arbre : La pomme est soumise à ……… actions

L’action exercée par ………………… …………………………………………. L’action exercée par ……………… ……………………………………… L’action exercée par ………………..

Origine

Direction

Sens

valeur

La poussée d’Archimède Lorsqu’un plongeur s'immerge, il subit deux forces qui s’opposent:

- son poids qui a tendance à le faire couler, P

- la poussée d'Archimède. qui a tendance à le

faire remonter

arP

Tout corps plongé dans un liquide subit une poussée dirigée de bas en haut et qui est égale au poids du volume d'eau déplacé.

Un objet de volume V est plongé dans un fluide de masse volumique .

Le fluide exerce une action mécanique sur l'objet. Cette action mécanique est modélisée par une force : la poussée d'Archimède Point d’application : ……………….. Direction : …………………………. Sens : …………………………… Valeur :…………………….

Thème 2 : le sport

Chap 3 : Le principe d’inertie

Effets d’une force sur le mouvement

Effets d’une force sur la vitesse Une balle de tennis est lâchée d’une certaine hauteur Une balle de tennis est lancée …………………………………………………. …………………………………………………. ………………………………………………… ………………………………………………….

Effets d’une force sur la trajectoire Lors d’un match de foot, en exerçant des forces sur le ballon, les joueurs ………………….. …………………………… Une bille en acier se déplace à proximité d’un aimant

Conclusion

Une force appliquée à un corps peut modifier ……………………………..…...................................……................…… …………………………. Que se passe-t-il en l’absence de force ?? ………………………………….. ……………………………………

En l’absence de force, l’objet a un mouvement ……..........................…………

…………………………………………………................................................................................................................................................................................................................................

…………………………………………………................................................................................................................................................................................................................................

Thème 2 : le sport

Chap 4 : La pression, un paramètre influençant les performances sportives

Mouvement des molécules dans un gaz

Un gaz est constitué de molécu-les éloignées les unes des autres Ces molécules sont en mouve-ment continuel en ligne droite

Des chocs peuvent se pro-duire : - soit sur les parois du récipient contenant le gaz - soit sur d’autres molécules de gaz Les chocs que subissent les molécules augmentent :

……………………………………………

……………………………………………

…………………………………………… Dans l’air que nous respirons :

- la vitesse moyenne des molécules de diazote et de dioxygène N2 et de O2 de est de 500 m.s-1 environ

- le nombre de chocs subis par une molécule de gaz pendant 1 s est de l’ordre de 108 à 109

La pression

Notion de force pressante

EXP/ Une petite bille flotte dans un cristallisoir plein d’eau ; plaçons sur cette bille un verre renversé

Observations

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

……………………………………………..………….

Interprétations

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

……………………………………………..………….

EXP/ Un ballon de baudruche fermé contenant un peu d’air se trouve sous une cloche à vide ; on fait le vide sous la cloche en aspirant l’air à l’intérieur

Observations

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

Interprétations

Au départ, il y a de l’air dans le ballon et autour du ballon. Les faces interne et externe du ballon sont soumises à un bombardement incessant par les mo-lécules des gaz constituant l’air.

Ces molécules appuient de la même façon de cha-que coté : la paroi est soumise à des forces qui se compensent ; elle est à l’équilibre.

Ensuite, lors de l’aspiration, il y a de moins en moins de molécules qui appuient sur la face externe ; par contre, il ya toujours autant de molécules qui appuient sur la face interne.

Sous l’action de ce bombardement qui a lieu de l’intérieur vers l’extérieur, le ballon se déforme ; son volume augmente

EXP/ Recouvrons un verre vide d’une gaze (panse-ment) ; remplissons le verre d’eau à travers la gaze ; retournons l’ensemble Observations

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

Interprétations

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

……………………………………………..………….

……………………………………………..………….

Notion de pression Posons des briques sur de la farine : Les briques s’enfoncent plus ou moins ; observons la profondeur de l’empreinte dans le sable L’empreinte (donc la pression de la brique sur le sable) est plus profonde lorsque :

- ………………………………………..

- ……………………………………….. Dans la définition de la pression interviennent 2 grandeurs :

- ………………………………………..

- ………………………………………..

Pression et force pressante On dispose du dispositif ci-contre : - On place sur les 3 pistons des bouteilles de masse différentes ; les plaques rigides ont la même surface

- On place sur les 3 pistons des bouteilles de masses identiques ; les plaques rigides ont des surfaces dif-férentes

La déformation de la mousse traduit la pression occasionnée par la bouteille sur le support

Pour une même force pressante, on augmente la pression en .......................... la surface pressée. Pour une même surface pressée, on augmente la pression en ........................... la force pressante.

Proposer la bonne formule parmi les solutions suivantes :

SFP ; S

FP ;

F

SP

La pression P, en pascal (Pa), exercée par un gaz sur une paroi est

F est la force pressante exercée par les molécules de gaz, en newton (N) S est la surface de la paroi, en mètres carré (m2)

L’unité légale est le pascal, mais on utilise cou-ramment d’autres unités :

- le hectopascal : 1 hPa = …………………

- le bar : 1 bar = …………………

La pression atmosphérique La pression atmosphérique est due ………………

………………………………………..……………….

……………………………………………..………….

………………………………………..………………. La pression atmosphérique est en moyenne de 1013 hPa au niveau de la mer ; elle …………..…… avec l’altitude (………..………..à 2000 m). Une zone de haute pression (p > 1015 hPa) est appelée …………………..……… ;

→ il fait ……………….….……… dans cette région. Une zone de basse pression (p < 1010 hPa) est appelée ……………………….. ;

→il fait ……..……………..……... dans cette région Les lignes d’égale pression sont appelées ……. ……………….

Thème 2 : le sport

Exercices

Chap 1 : relativité du mouvement

EX1 calculer la vitesse moyenne d’une voiture dans les cas suivants :

1. une voiture parcourt 250 km en 2h30

2. une voiture parcourt 450 km ; elle part à 8h10 et arrive à 11h25

3. une voiture parcourt 75 km ; elle part à 13h20 et arrive à 14h08

EX2 Un avion parcourt à vitesse constante une distance de 14 km en une minute. Calculer la vitesse de cet avion en km.h-1 puis en m.s-1

EX3 - Calculer la vitesse moyenne lorsqu’on court 3 min à 15km.h-1 puis on marche pendant 3 min à 5km.h-1

EX4 Lorsqu’on éternue, on ferme les yeux involontairement. Le conducteur d’une automobile roulant à 120 km.h-1 éternue pendant une demi-seconde.

- Quelle distance parcourt-il sans voir la route.

EX5 1. La vitesse d'une flèche est de 30 m.s-1 lorsqu'elle quitte l'arc. Quelle est sa vitesse en km.h-1?

2. Combien de temps met la flèche pour parcourir 50 m ?

EX6 Une voiture a une vitesse de 75 km.h-1.

- Calculer la distance parcourue en 10 s

EX7 Clémentine fait du ski nautique sur «une mer d'huile». Elle est tirée en ligne droite à vitesse constante par un bateau qui parcourt 150 m en 18 s.

1. Dans quel référentiel ces mesures sont-elles effectuées?

2. Quelle est la vitesse de Clémentine par rapport au bateau ? et par rapport à la côte ?

EX8 Dans un T.G.V. en mouvement à la vitesse de 300 km.h-1, un voyageur se déplace dans le couloir à la vitesse constante de 3 km.h-1 vers l'avant du train.

1. Dans quel référentiel la vitesse du train est-elle mesurée ? Et celle du voyageur ?

2. Quelle est la vitesse du voyageur par rapport à la Terre ?l

EX9

Les mouvements de mobiles ont été observés par chronophotographie.

- Que peut-on dire de ces mouvements ?

EX10 Voici un extrait d’un rapport de l’inspecteur Watson :

Les faits : Incident survenu le 1er Avril 1999 dans le TGV Paris-Lyon : Alors que Chloé dormait tranquillement, un farceur lui a collé un poisson d’avril sur le front puis s’est enfui.

Les témoignages recueillis : Alice : « la victime était immobile » Olivier : « le farceur s’est enfui vers le nord » Frank : « la victime et le farceur se déplaçaient très rapidement vers le Sud » Rosalie, la vache : « meuh » Cynthia : « je n’ai rien vu car j’étais en train de regarder les arbres qui reculaient » Luc : « la victime reculait vers le nord »

Quel imbroglio !! et pourtant aucun témoin n’a menti (sauf peut-être la vache…) Que penser de cette situation ?

EX11 Bob est sur une planche à roulettes qui roule horizontalement, à vitesse constante. Il laisse tomber ses clefs qu’il tenait à la main.

Où peut-il récupérer ses clefs ??

Cas 1 : à ses pieds, sur la planche à roulette Cas 2 : sur le sol, en avant de la planche à roulette Cas 3 : sur le sol, en arrière de la planche à roulette

EX12 Bob est aux commandes d’un avion qui vole horizontalement ; il veut larguer des vivres sur une ciblePour atteindre la cible, le pilote largue les vivres lorsque l’avion atteint :

Cas 1 : Le point A Cas 2 : Le point B Cas 3 : Le point C

Chap 2 : les forces

EX1 Donner les caractéristiques des forces suivantes puis les représenter en utilisant les échelles données 1. La main exerce sur le fil, une force de valeur 4N. 1 cm 2 N

2. La laisse du chien exerce une force de valeur 12 N sur la main de son maître. 1 cm 3 N

3. La Terre exerce une force d’attraction appelée poids sur une masse de 250 g. 1 cm 1 N

EX2 Calculer la masse de l’objet suspendu au dynamomètre

EX3 Masse de la Terre : MT = 5,97.1024 kg

Rayon terrestre : RT = 6,37.106 m

Au voisinage de la Terre, l’intensité de la pesanteur à la verticale d’un point donné dépend de l’altitude. A l’altitude h, l’intensité de la pesanteur g est donnée par la formule

2T

T

h)(R

G.Mg

1. Calculer l’intensité de la pesanteur au sol, en haut du Mont Blanc (h = 4807 m), et en haut de l’Everest (h = 8850m)

2. Calculer le poids d’un homme de masse 70 kg en ces 3 endroits

EX4 Masse de Téthys : M = 6,22.1020 kg Rayon moyen : R = 530 km.

Imaginons qu'une sonde habitée se pose sur Téthys (satellite de Saturne) ; il faudrait alors recommander aux cosmonautes de doser prudemment leur élan s'ils doivent franchir un obstacle en sautant.

Les calculs montrent en effet qu'un saut qui communiquerait au cosmonaute une vitesse initiale v0 = 4,0 m.s-1 dans une direction inclinée de 45° par rapport à l'horizontale, le propulserait à une distance D = 108 m de son point de départ ; et il atteindrait une hauteur h = 27 m au-dessus du sol ! !

La valeur g de la pesanteur à la surface d’un astre de masse M et de rayon R est donnée par la relation

2R

MGg

1. Calculer la valeur de la pesanteur sur Téthys.

2. Dans le cas d’un lancer incliné à 45° par rapport à l’horizontale, les valeurs de D et de h sont données

par les expressions suivantes :g

vD

20 et

4

Dh

Calculer ces valeurs et vérifier si les valeurs données dans le texte sont exactes.

3. Quelles seraient les valeurs de D et h pour un saut analogue sur la terre ?

EX5 1. Déterminer le poids P du cylindre.

2. Déterminer le volume du cylindre

3. Calculer la poussée d’archimède qui s’exerce sur le cylindre

gVP cylindreeauA avec eau = 1 kg.L-1

4. comparer la valeur de P avec la valeur de PA ; en déduire la valeur de la force exercée par le fil sur le cylindre.

EX6 Une pierre de masse 10 kg, suspendue à l’extrémité inférieure d’un fil est immergée dans l’eau.

Masse volumique - de l’eau : eau = 1,0.103 kg.m-3 - de la pierre : pierre = 2,7.103 kg.m-3

1. Calculer le volume de la pierre

2. Déterminer les caractéristiques de la poussée d’Archimède appliquée à la pierre.

3. Déterminer la valeur de la force exercée par le fil sur la pierre

EX7 Un ballon en caoutchouc ayant un volume total de 15 L et une masse de 700 g flotte à la surface de l’eau

Masse volumique de l’eau : eau = 1,0 kg.L-1

1. Calculer le poids du ballon

2. Que peut-on dire de la valeur de la poussée d’Archimède qui s’exerce sur le ballon ?

3. Calculer le volume du ballon qui est dans l’eau

Chap 3 : le principe d’inertie

EX1 Un appareil photographique a permis d'enregistrer le mouvement d'un triangle de carton lancé sur une surface plane horizontale sans frottements. 1. Pour chaque position du triangle, placer le point de concours des médianes. Que représente ce point ? Quelle est la nature du mouvement de ce point dans un référentiel terrestre ?

2. Que peut-on dire des forces qui s’exercent sur le triangle ?

EX2 Dans les situations décrites ci-dessous, que peut-on dire de la somme des forces qui s’exercent sur la personne ou l'objet en mouvement ?

1. un skieur qui descend une piste rectiligne et dont la valeur de la vitesse augmente

2. un skieur tracté par un remonte-pente en ligne droite et à vitesse de valeur constante

3. un palet de hockey qui se déplace sur la glace en ligne droite et à vitesse constante.

EX3 Reprendre les figures de l’EX9 du chap1

- Que peut-on dire de la somme des forces agissant sur chaque mobile pendant le mouvement?

EX4 Alexandre est assis dans l'autobus scolaire qui avance, sur une route rectiligne, à la vitesse de 25 km.h-1. On étudie son mouvement dans le référentiel terrestre.

1. Quelles sont les forces s'exerçant sur Alexandre ? Que peut-on dire de ces forces ?

2. Brusquement, l'autobus freine. Quel est le mouvement d’Alexandre dans le référentiel terrestre ? Pourquoi a-t-il l'impression d'être projeté en avant ?

EX5 Un bloc de glace est posé sur la plate-forme horizontale d’un camion et le contact entre le bloc et la plate-forme est parfaitement glissante. 1. Le camion est à l’arrêt - faire le bilan des forces qui s’exercent sur le bloc de glace. Que peut-on dire de ces forces ? - Représenter ces forces sur la figure 2. Le camion démarre, le bloc est toujours en contact avec le camion - faire le bilan des forces qui s’exercent sur le bloc de glace. Que peut-on dire de ces forces ? - que peut-on dire du mouvement du bloc de glace dans le référentiel terrestre ? - Représenter ces forces sur la figure 3. Le camion accélère - Décrire, en justifiant, le mouvement du bloc de glace dans le référentiel terrestre.

EX6 Un camion livre des blocs de glace destinés au refroidissement de denrées alimentaires. Les blocs de glace sont posés sur la plate-forme horizontale du camion et le contact entre les blocs et la plate-forme est parfaitement glissante.

1. Quelles sont les forces qui s’exercent sur les blocs de glace ?

2. Etudier le mouvement des blocs de glace dans le référentiel terrestre lorsque :

- Le camion roule avec une vitesse uniforme sur une route droite - Le camion freine brusquement - Le camion accélère - Le camion tourne à droite

EX7 Que peut-on dire des forces qui s’exercent sur la bille lorsqu’elle chute dans l’éprouvette remplie d’huile ?

Chap 4 : la pression

EX1 Une brique parallélépipédique de poids p = 10 N et de centre de gravité G est posée sur une table horizontale. La surface de la brique en contact avec la table est S = 75 cm2

1. Dessiner la brique et représenter le poids de la brique en utilisant l'échelle: 1 cm 5N

2. Quelle est la valeur de la force pressante F exercée par la brique sur la table ?

3. Calculer la pression P exercée par la brique sur la table.

EX2 On considère une fenêtre de 70 cm sur 1,10 m, un jour où la pression atmosphérique est de 1013 hPa

1. Quelle est la valeur de la force qui s'exerce sur une des faces de la vitre?

2. Quelle est la masse du solide qui exercerait la même force?

3. Pourquoi cette vitre ne se brise-t-elle pas sous l'action de cette force ?

EX3 Un verre contenant 120 g d’eau est fermé par une fiche rigide ; il est retourné et l’eau ne tombe pas du verre. Diamètre de l'ouverture du verre : 59 mm pression atmosphérique : 1013 hPa

1. Calculer le poids de l'eau.

2. Déterminer la force pressante exercée par l'atmosphère sur la fiche cartonnée.

3. Pourquoi l'eau ne peut-elle pas s'écouler ?

EX4 La surface d’une raquette de randonnée vaut 7,6 dm2 ; la masse du randonneur équipé est de 80 kg.

1. Calculer, en m2, l’aire S de la paire de raquettes en contact avec la neige

2. Quelle est la pression exercée sur la neige ?

3. Pour la même surface, quelle devrait être la masse du randonneur pour atteindre une pression de 1,0 bar = 105 Pa ?

EX5 Le 14 octobre 2012, Félix BAUMGARTNER s’est élancé d’une altitude de 39 km. La pression de l’air à cette altitude est Pair = 2,0.102 Pa. La combinaison de F.BAUMGARTNER maintenait de l’air, tout autour de son corps, à une pression Pint = 0,6.105 Pa. Le hublot de son casque avait une surface S = 9,0.102 cm2

1. Calculer la valeur F1 de la force pressante exercée par l’air extérieur sur le hublot au début du saut

2. Calculer la valeur F2 de la force pressante exercée par l’air intérieur sur le hublot

3. Dans quel sens se déformerait un hublot souple ?

EX6 Un randonneur prépare une sortie en montagne ; son sac à dos contient, en autre, un paquet de chips et une bouteille d’eau pleine. Au terme de son ascension, il ouvre son sac à dos et constate que son paquet de chips est gonflé. Il boit la moitié de la bouteille d’eau minérale. Au retour dans la vallée, la bouteille plastique est partiellement écrasée alors qu’elle n’a subi aucun choc.

- Expliquer la déformation de la bouteille (observée dans la vallée) ainsi que le gonflement du paquet de chips (observé en haut de la montagne).

EX7 Une seringue contient 18 cm3 d’air à la pression atmosphérique normale de 1013 hPa ; on bouche l’extrémité de la seringue et on pousse le piston de façon à réduire le volume gazeux à 6 cm3 ; on suppose que la température reste constante

- Quelle est alors la pression du gaz dans la seringue ?

EX8 (1 bar = 105 Pa) Un plongeur équipé d’une bouteille est à 10 m de profondeur ; la pression est alors de 2 bar et la pression de l’air dans ses poumons a la même valeur. 1.

1.1. Quelle est la valeur de l’intensité de la force pressante exercée sur 1 cm2 de la peau ?

1.2. Quelle masse produirait la même déformation sur toute la surface de la peau, estimée à 1,5 m?

2. Avant d’entamer la remontée, le plongeur remplit ses poumons d’air ; les poumons ont un volume d’environ 6 L

2.1. Quel volume occuperait la même quantité d’air à la pression de 1 bar (pression à la surface), la température étant supposée constante ?

2.2. A quel risque s’expose le plongeur lors de la remontée ? Comment peut-il l’éviter ?

EX9 Un ballon-sonde, gonflé à l’hélium, permet de mesurer les paramètres physiques de l’air atmosphérique en fonction de l’altitude. L’ascension du ballon est suffisamment rapide pour que l’on puisse considérer la température de l’hélium constante. Le volume V d’un ballon de diamètre d est :

3D6

V

1. Au départ, le volume du ballon, à la pression de 1000 hPa est de 3,3 m3

- Calculer le diamètre du ballon au sol

2. A 22 km d’altitude où la pression est de 60 hPa, le ballon éclate.

2.1. Calculer le volume du ballon lorsqu’il éclate

2.2. Quel est le diamètre du ballon lorsqu’il éclate

EX10 En 1ère approximation, la pression de l’air diminue de 10% lorsque l’altitude augmente d’environ 1 km ; d’autre part, la concentration molaire C (en mol.L-1) de dioxygène dans le sang dépend de la pression P

(en Pa) de l’air suivant la loi : P10.6,2C 9

1. Compléter le tableau suivant

Altitude (en km)

Pression P (en Pa)

Concentration C (en mol.L-1)

0 1,0.105 2,6.10-4

1 9,0.105

2 8,1.105

3

4

5 2. 2.1. Donner une valeur approchée de la concentration en dioxygène dissous dans le sang d’un alpiniste lorsqu’il est à Chamonix (1035 m)

2.2. Donner une valeur approchée de la concentration en dioxygène dissous dans le sang d’un alpiniste lorsqu’il est en haut du Mont Blanc (4810 m)

3. Pourquoi les alpinistes font-ils des efforts plus modérés au fur et à mesure de leur ascension ?

EX11 L’oreille moyenne renferme une certaine quantité d’air, séparée de l’extérieur du corps par la membrane souple du tympan. Lorsque la pression de l’air extérieur devient rapidement différente de l’air contenu dans l’oreille moyenne, nous avons la sensation que l’oreille se bouche ; afin d’y remédier, nous pouvons avaler notre salive ou bailler : pendant quelques instants, la trompe d’Eustache permet de relier l’oreille moyenne avec l’arrière de notre nez Des variations de pressions trop importantes dans le fluide qui entoure l’individu peuvent même causer des douleurs importantes et de graves lésions du tympan : c’est le barotraumatisme auriculaire

Un pilote de voltige se trouve au sol ; l’air, de part et d’autre du tympan, se trouve à la pression de 1000 hPa. On estime à 0,7 cm2, la surface de l’un des tympans du pilote.

1. Calculer la valeur de la force qui s’exerce de chaque coté du tympan.

2. Le pilote monte rapidement à 2500 m d’altitude.

La trompe d’Eustache n’ayant pas encore joué son rôle en égalisant la pression des deux cotés du tympan, la pression de l’air contenu dans l’oreille moyenne est 1000 hPa tandis que l’air extérieur est à la pression de 750 hPa

2.1. Quelles sont les valeurs des forces qui s’exercent de chaque coté du tympan ?

2.2. En déduire la manière dont est déformé le tympan.

2.3. Pour rééquilibrer le tympan, la trompe d’Eustache doit-elle laisser entrer ou sortir de l’air ?

EX12 Dans une bouteille de plongée, l’air est comprimé sous une pression de 2,0.107 Pa. On considère une bouteille cylindrique de volume V = 50 L de rayon R = 10 cm dont le fond est pratiquement plan.

1. Calculer l’intensité de la force pressante exercée sur le fond de la bouteille par l’air stocké à l’intérieur.

2. Exprimer en hPa la pression du gaz dans la bouteille.

3. 3.1. Enoncer la loi de Boyle-Mariote et préciser les conditions dans lesquelles on peut l’appliquer.

3.2. En admettant que la loi deBoyle-Mariotte peut s’appliquer à l’air contenu dans la bouteille, calculer le volume qu’il occuperait si on le ramenait à la pression atosphérique de 1000 hPa à la même température.

4. A une profondeur de 20 m, le plonguer et l’air qu’il respire sont soumis à une pression de 3000 hPa

4.1. De quel volume d’air le plonguer dispose-t-il effectivement pour respirer à cette profondeur ?

4.2. Le plonguer respire un volume de 20 L par minute. Quelle est la durée maximale pendant laquelle le plongeur peut rester à cette profondeur ?

5. 5.1. Le plongeur est à la surface et contient un volume de 6 L d’air dans ces poumons ; à combien est ramené le volume lorsqu’il descend à – 20 m en bloquant sa respiration ? Conclusion

5.2. Le plongeur est maintenant à – 20 m, il contient un volume de 6 L dans ses poumons. Que devient

ce volume lorsque le plongeur remonte à la surface en bloquant sa respiration ? conclusion.

EX13 Herbert Nitsch (né le 20 avril 1970) est un apnéiste autrichien. Il détient le record du monde de profondeur en apnée no limit, avec une profondeur de 214 mètres. Ce record a été établi le 14 juin 2007, en Grèce. A cette profondeur règne une très forte pression PB causée par l'eau environnante. Lors de la plongée évoquée, la pression atmosphérique régnant à la surface libre de l'océan était égale à PA = 105 Pa.

- masse volumique de l'eau salée 1040 kg.m-3 - masse volumique de l'eau douce 1000 kg.m-3

1. Calculer la pression PB régnant à la profondeur h = 214 mètres

Rappel : hgPP eausurfaceprofondeur

2. Calculer alors la valeur numérique de la force pressante s'exerçant sur chacun des tympans du plongeur de surface 0,6 cm2

3. Le plongeur dispose d'un appareil mesurant la pression à l'endroit où il se trouve. Comment s'appelle ce type d'appareil? Donnerait-il la même indication, à la même profondeur, si la plongée s'effectuait en eau douce?