SUJET BAC


1
La descente du Terrible





Doc. 3
Loi fondamentale de la statique des fluides

Loi fondamentale de la statique des fluides
Dans un champ de pesanteur gg uniforme, la différence de pression PP entre deux points A\text{A} et B\text{B} vaut PAPB=ρg(zBzA)P_\text{A} - P_\text{B} = \rho \cdot g \cdot (z_\text{B} - z_\text{A})PP est en pascal (Pa), la masse volumique du fluide ρ\rho en kg·m-3, et zz en mètre (m).

Doc. 1
Le Terrible, un sous-marin français

Le Terrible, un sous-marin français

La France possède actuellement 10 sous-marins dont le Terrible, le dernier à avoir été mis en service le 20 septembre 2010. Celui-ci peut descendre à une profondeur de 400 m en emportant à son bord 111 hommes. Il fait 138 m de longueur et a une masse de 12 640 tonnes lorsqu’il est en surface. Il déplace 1,43 ×\times 104 m3 d’eau lorsqu’il est totalement immergé. Sa coque est fabriquée dans un acier pouvant supporter 1 000 N par mm2.

Questions supplémentaires

3
Rejet du dioxyde de carbone
1. Calculer le volume occupé par 1,0 kg de dioxyde de carbone à pression atmosphérique.


2. Le volume d'un gaz est-il proportionnel à la pression qu'il subit ? Rappeler la loi de Boyle-Mariotte.


3. Déterminer le volume occupé par le dioxyde de carbone dans l'eau, lorsqu'il vient d'être rejeté par le sous-marin.


Questions

1
Le Terrible au repos en profondeur
1. Représenter sur un schéma le poids du Terrible ainsi que la poussée d’Archimède qu’il subit lorsque ces deux forces se compensent.
Lancer le module Geogebra

2. Que peut-on dire du vecteur variation de vitesse ?


3. Déterminer la masse d’eau de mer que le Terrible doit introduire dans ses ballasts pour que son poids soit de même intensité que la poussée d’Archimède qu’il subit.


2
Une Terrible pression ?
1. À l’aide de la loi fondamentale de la statique des fluides, calculer la pression de l’eau entourant le sous-marin lorsque celui-ci est immergé à 350 m de profondeur.


2. Calculer l’intensité de la force de pression de l’eau agissant sur 1,5 m2 de la coque du sous-marin.


3. Sachant que l’intérieur d’un sous-marin est laissé à 1,00 atm, calculer l’intensité de la force de pression de l’air sur 1,5 m2 de sa coque.


4. Représenter ces deux forces sur un schéma à l’échelle 2 carreaux pour 1 × \times 106 N.
Lancer le module Geogebra

5. Calculer la résultante de ces forces.


6. La coque supportera-t-elle cette force pressante ? Décrire le raisonnement.


Données

  • Pression atmosphérique : Patm=P_{\text{atm}} = 1,000 atm == 1 013 hPa ; 1,00 bar = 100 ×\times 103 Pa ;
  • ρ\rho(eau de mer) == 1,0359 kg·L-1 ;
  • ρ\rho(CO2\text{CO}_{2}) == 1,87 kg·m-3 ;
  • g=g = 9,81 N·kg-1.

Doc. 2
La poussée d’Archimède

Un sous-marin au repos est soumis à deux forces verticales : son poids et la poussée d’Archimède. La poussée d’Archimède est une force orientée vers le haut, engendrée par la différence de pression de l’eau entre le bas et le haut du sous-marin. Son intensité Π\Pi est égale au produit de la masse d’eau déplacée par l’intensité de la pesanteur gg : Π=meau deˊplaceˊeg.\Pi = m_{\text{eau déplacée}} · g.

Un sous-marin peut modifier sa masse en introduisant de l’eau dans ses ballasts. Lorsque le sous-marin est immergé, il remplit ses ballasts pour que la poussée d’Archimède soit de même intensité que son poids, afin de ne pas couler directement au fond de l’eau. On dit qu’il flotte entre deux eaux.

Pour remonter, le sous-marin introduit de l’air dans les ballasts afin de chasser une partie de son eau. Sa masse diminue alors.

La poussée d’Archimède
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