DNB 2020Polynésie (rattrapage)Corrigé complet

Flyboard Air : mouvement, force, équation de combustion, énergie

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences11 questions

Notions BO couvertes

T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T2.1·Vitesse v=d/t, trajectoire, mouvement uniforme/varié T2.2·Forces et interactions (modélisation)T2.3·Gravitation, poids et masse P=mg T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

Franky Zapata a traversé la Manche sur son Flyboard Air® en août 2019. Le Flyboard est propulsé par 5 réacteurs qui brûlent un carburant. On étudie son mouvement, les forces, et la combustion.

1.Partie 1, L'ascension du pilote (9 pts)

Schéma du pilote debout sur son Flyboard. Un point noir marque le point d'application, à hauteur du bassin, d'un segment fléché vertical qui descend vers le bas de l'image. — Schéma du Flyboard Air® avec la force modélisée.

Question 1.1

2 pts

T2.1

Dans les toutes premières secondes de l'ascension, le pilote s'élève verticalement et sa vitesse augmente. Décrire le mouvement du pilote en utilisant des termes choisis parmi les suivants : rectiligne, circulaire, uniforme, accéléré.

Question 1.2

2 pts

T2.2

Préciser la direction et le sens de la force représentée par le segment fléché sur le schéma ci-dessus.

Question 1.3

2 pts

T2.3

Déterminer la valeur de la force représentée. Échelle : 1 cm ↔ 400 N.

Question 1.4

2 pts

T2.2

Préciser si la force représentée sur le schéma modélise la poussée des réacteurs pour décoller ou le poids du pilote et de son équipement.

Question 1.5

1 pt

T3.5

Indiquer si l'énergie potentielle de position augmente ou diminue pendant l'ascension du pilote. Justifier.

2.Partie 2, Combustion dans les réacteurs (8 pts)

Équation : 2 C₁₀H₂₂ + 31 O₂ → 20 CO₂ + 22 H₂O.

Diagramme de conversion : une flèche « énergie 1 » entre dans un ovale nommé Réacteur, une flèche « énergie 2 » en sort vers la droite, et une flèche « énergie thermique » descend en oblique. — Diagramme énergétique d'un réacteur.

Question 2.1

2 pts

T1.2

Justifier que l'équation de la réaction est bien ajustée au niveau du carbone C.

Question 2.2

2 pts

T1.3

Recopier les formules chimiques des deux produits de la réaction et les nommer.

Question 2.3

2 pts

T1.3

À partir de l'équation de la réaction, donner la formule chimique du carburant.

Question 2.4

2 pts

T3.5

Sans recopier le diagramme, attribuer aux numéros 1 et 2 les différentes formes d'énergie en choisissant parmi les suivantes : nucléaire, cinétique, lumineuse, chimique.

3.Partie 3, Performance de la traversée (8 pts)

Cette traversée nécessitant un certain volume de carburant, une escale de ravitaillement est prévue à mi-chemin sur une plateforme située en mer.

Carte de la Manche entre Sangatte, en France, marqué DÉPART, et St Margaret's Bay, en Angleterre, marqué ARRIVÉE. Un trait pointillé relie les deux, long de 35 km, avec un point de ravitaillement à 18 km du départ. — Le trajet de la traversée.

Quelques données

Durée totale de la traversée : t = 22 min
Distance totale parcourue : D = 35 km
Distance parcourue pour atteindre le ravitaillement : d = 18 km
Consommation en carburant : 2 kg/km (les réacteurs consomment 2 kg de carburant pour 1 km parcouru)
Masse volumique du carburant : ρ = 0,74 kg/L

Question 3.1

3 pts

T2.1

Montrer que la vitesse moyenne de l'homme volant est de l'ordre de 95 km/h durant la traversée.

Question 3.2

5 pts

T1.1

La réserve de carburant est contenue dans le sac à dos du pilote. Franky Zapata a à sa disposition trois modèles de sac à dos, de volumes respectifs 10 L, 30 L et 50 L. Déterminer quel sac convient à la traversée. Justifier à l'aide de calculs et expliquer la démarche suivie.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.