DNB 2024PolynésieCorrigé complet

Balisage en mer : son, lumière, poids, masse volumique

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences10 questions

Notions BO couvertes

T1.1·Espèces/mélanges/solubilité/masse volumique/changements d'état T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T1.4·pH, acides-bases, tests d'ions T2.2·Forces et interactions (modélisation)T2.3·Gravitation, poids et masse P=mg T4.1·Lumière (propagation, vitesse, année-lumière)T4.2·Son (propagation, vitesse, fréquence)T4.3·Distance par retard/écho

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En mer, les dangers peuvent être indiqués par des bouées de balisage émettant des signaux sonores ou lumineux. Ce sujet multi-thèmes croise signaux, forces et chimie de l'eau de mer.

1.Partie A, Son émis par une bouée (4 pts)

Échelle des domaines de perception sonore : infrasons (0-20 Hz), graves (20-200 Hz), médium (200-2000 Hz), aigus (2-20 kHz), ultrasons (> 20 kHz) — Document 1, Domaines de perception et fréquences des ondes sonores. Rappel : 1 kHz = 1 000 Hz.

Question 1

2 pts

T4.2

Une bouée émet un signal de fréquence 85 Hz. Indiquer son domaine de perception.

Question 2

2 pts

T4.2

Préciser pourquoi un signal de 25 000 Hz ne peut pas convenir pour avertir les marins.

2.Partie B, Obstacle signalé par une bouée (5 pts)

Certaines bouées émettent simultanément un signal sonore et un signal lumineux. On peut estimer la distance bouée → marin en comptant les secondes entre la réception de la lumière et celle du son.

Quatre propositions de schémas représentant la propagation d'un rayon lumineux entre la bouée et l'œil du marin — 4 schémas de propagation de la lumière (modèle du rayon lumineux).

Question 3

2 pts

T4.1

Indiquer le schéma qui représente correctement la propagation de la lumière depuis la bouée jusqu'à l'œil du marin.

Question 4

3 pts

T4.3

Le marin entend le signal 2 secondes après avoir vu la lumière. Déterminer la distance d (en m). On considère que la lumière parvient instantanément. v_son = 330 m/s.

3.Partie C, Remplacement d'une bouée flottante (5 pts)

Lorsqu'une bouée est endommagée, un bateau-grue la sort de l'eau à l'aide d'un câble. On considère une bouée de poids P = 12 000 N. La bouée ne peut être mise en mouvement que si la force exercée par le câble est au moins égale au poids.

Question 5

2 pts

T2.2

Schématiser la bouée par un triangle et représenter son poids par un segment fléché à l'échelle 1 cm pour 2 000 N.

Question 6

3 pts

T2.3

Montrer que cette bouée peut être sortie par un bateau-grue ayant une capacité de levage de 1 500 kg. (g = 10 N/kg)

4.Partie D, Caractéristiques des eaux de mer (11 pts)

L'eau de mer est constituée majoritairement d'eau (H₂O) et contient des sels (Cl⁻, Na⁺, SO₄²⁻, Mg²⁺). Son pH varie entre 7,5 et 8,2. Sa masse volumique varie selon le lieu.

Tableau des masses volumiques de l'eau selon le lieu : Mer Rouge 1035, Mer Morte 1240, Atlantique 1025, Mer Baltique 1010 (kg/m³) — Tableau, Masse volumique ρ (kg/m³) de l'eau de mer selon le lieu.

Question 7

2 pts

T1.3

Donner le nom et le nombre des atomes présents dans H₂O.

Question 8

2 pts

T1.4

Préciser si l'eau de mer est acide ou basique. Justifier.

Question 9

3 pts

T1.3

Donner la composition complète de l'ion sodium Na⁺. (Un atome de sodium a 11 p⁺, 12 neutrons, des électrons.)

Question 10

4 pts

T1.1

Une bouée est adaptée si ρ_eau ≥ 4 × ρ_bouée (marge de sécurité). Bouée : m = 1 200 kg, V = 4,6 m³. Déterminer le ou les lieu(x) où cette bouée peut être employée.

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.