Exercice commun - 1. Équilibre dynamique du plong… · Bac Physique-Chimie Métropole 2 remplacement 2022
Thème : Fluides : poussée d'Archimède, statique des fluides, débit et relation de Bernoulli · Tiré du sujet Métropole France 2 remplacement (2022)
Énoncé
LA PHYSIQUE DE LA PLONGÉE
La plongée est une activité sportive qui nécessite de prendre des précautions importantes pour prévenir de nombreux risques (noyade, hypothermie...). Elle se pratique à l'aide de bouteilles d'air comprimé que le plongeur porte sur son dos tout au long de sa plongée.
L'objectif de cet exercice est d'étudier les conditions pour effectuer une plongée à une profondeur de 35 m.
1. Équilibre dynamique du plongeur
Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, on considère le système {plongeur + équipement} de centre de masse ; il est en équilibre à une profondeur de 35 m.
Donnée:
la poussée d'Archimède est la force exercée par un fluide sur un système immergé dans ce fluide. Pour un système immergé entièrement, ses caractéristiques sont:
direction: verticale;
sens: vers le haut;
norme: où est la masse volumique du fluide, est le volume du système immergé et est l'intensité de pesanteur.
Q1.
Identifier les deux forces modélisant les actions mécaniques exercées sur le système {plongeur + équipement} en équilibre.
Q2.
À l'aide de la deuxième loi de Newton, représenter, sans souci d'échelle, les forces exercées sur le système sachant qu'il est en équilibre.
Lorsque le plongeur inspire, le volume de ses poumons augmente.
Q3.
Expliquer les conséquences de cette inspiration sur le mouvement du plongeur initialement immobile en justifiant, notamment, la direction et le sens du vecteur accélération.
Corrigé
Corrigé établi d’après les éléments de correction officiels
Q1. Identifier les deux forces modélisant les actions mécaniques exercées sur le système {plongeur + équipement} en équilibre.
Réponse : Le poids et la poussée d'Archimède
Q2. À l'aide de la deuxième loi de Newton, représenter, sans souci d'échelle, les forces exercées sur le système sachant qu'il est en équilibre.
Réponse : Représentation de deux vecteurs verticaux opposés partant de G (ou du point d'application correspondant) et de même longueur : la poussée d'Archimède (ou ) dirigée vers le haut et le poids (ou ) dirigé vers le bas.
Q3. Expliquer les conséquences de cette inspiration sur le mouvement du plongeur initialement immobile en justifiant, notamment, la direction et le sens du vecteur accélération.
Réponse : L'inspiration augmente le volume sans modifier la masse, donc la poussée d'Archimède devient supérieure au poids. L'accélération est verticale dirigée vers le haut, provoquant la remontée du plongeur.
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