Annale corrigée Exercice

La sécurité routière

Nouvelle-Calédonie • Décembre 2018

La sécurité routière

30 min

25 points

Intérêt du sujet • Le nombre trop élevé d'accidents routiers interpelle toujours. L'étude de la vitesse permet de mieux comprendre la raison de ces accidents.

 

La clarté et la qualité de la rédaction scientifique seront prises en compte dans la notation. Toutes les initiatives, même non abouties, seront valorisées lors de la correction.

Au 31 décembre 2017, le bilan annuel définitif est de 42 accidents ­mortels. 55 personnes ont trouvé la mort sur les routes de Nouvelle-Calédonie. Bien souvent une vitesse excessive et une conduite sous l'emprise de l'alcool (et/ou du cannabis) sont responsables de la majorité des accidents.

Le sujet porte sur l'analyse du mouvement d'une voiture, des énergies mises en jeu et de la combustion dans le moteur.

1. Étude du mouvement d'une voiture

La chronophotographie est une technique photographique qui consiste à prendre une succession de photographies, puis à les superposer, afin de bien observer les différentes phases du mouvement d'un objet. On s'intéresse ici au cas d'une voiture.

document 1Chronophotographie du mouvement de la voiture

Sci3_1812_11_00C_02

L'intervalle de temps entre deux images de la voiture est égal à 0,25 s.

document 2

v=dt

d : distance parcourue en mètres (m) ;

t : durée du parcours en secondes (s) ;

v : vitesse exprimée en mètres par seconde (m/s).

1. Cocher la proposition qui caractérise la nature du mouvement de la voiture dans la phase 1 (voir document 1) :

☐ uniforme

☐ accéléré

☐ ralenti

▶ 2. Indiquer comment évolue la vitesse de la voiture lors de la phase 2 (voir document 1). Justifier votre réponse.

▶ 3. Montrer, par un calcul, que la valeur de la vitesse de la voiture lors de la phase 1 est égale à 20 m/s.

2. Étude des énergies

Tout objet en mouvement possède une énergie qui dépend de sa vitesse (l'énergie cinétique) et une énergie qui dépend de sa hauteur (l'énergie potentielle). L'énergie cinétique est à l'origine des déformations lors d'un choc entre deux voitures. Plus l'énergie cinétique est élevée, plus le choc sera violent.

document 3 Carte grise de la voiture

Sci3_1812_11_00C_03

document 4Relation permettant de calculer l'énergie cinétique

Ec=12×m×v2

Ec : énergie cinétique (en J) ;

m : masse (en kg) ;

v : vitesse (en m/s).

document 5Graphique représentant la hauteur de chute d'un objet de masse 2 300 kilogrammes en fonction de son énergie cinétique acquise au moment du contact

sci3_1812_11_00C_04

4. Montrer que l'énergie cinétique de la voiture vaut 460 000 J, sachant qu'elle roule à 72 km/h (soit 20 m/s) et que la masse du véhicule est égale à la masse totale autorisée inscrite sur la carte grise.

▶ 5. Pour bien comprendre la violence d'un choc lors d'un accident, on peut le comparer à celui d'une voiture chutant de plusieurs étages. Déterminer, à l'aide du graphique du document 5, de quelle hauteur doit chuter la voiture afin d'avoir un choc identique à celui de cette voiture percutant un obstacle à 72 km/h.

3. Étude de la combustion dans le moteur

Le carburant utilisé est principalement composé d'heptane dont la formule chimique est C7H16. L'équation modélisant la combustion de l'heptane en présence de dioxygène est :

C7H16 + 11 O2 → 7 CO2 + 8 H2O

La combustion de l'heptane contribue à l'augmentation de l'effet de serre qui est un phénomène naturel d'autorégulation de la température à la surface de la Terre.

document 6 Répartition de la contribution à l'effet de serre des différents gaz présents dans l'atmosphère

sci3_1812_11_00C_05

6. Donner les noms des quatre molécules présentes dans l'équation modélisant la combustion de l'heptane.

▶ 7. Expliquer en quoi le fonctionnement d'une voiture contribue à l'augmentation de l'effet de serre.

 

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Tableau de 6 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 6 lignes ;Ligne 1 : Document 1 •Étude du mouvement d'une voiture; Ce document est une chronophotographie : des images ont été prises toutes les 0,25 s. Ceci te permet de décomposer le mouvement du véhicule.Remarque qu'il y a deux phases sur le schéma, chacune correspondant à un mouvement différent.; Ligne 2 : Document 2 •Formule de la vitesse; Ce document rappelle la formule de la vitesse.Utilise-la pour répondre à la question 3.; Ligne 3 : Document 3 •Carte grise de la voiture; Ce document présente une carte grise, sorte de carte d'identité de la voiture.Attention ce document donne beaucoup d'informations qui ne sont pas forcément toutes utiles pour cet exercice.; Ligne 4 : Document 4 •Formule de l'énergie cinétique; Il s'agit de la formule de l'énergie cinétique.Note les unités utilisées pour le calcul.; Ligne 5 : Document 5 •Hauteur d'un objet en fonction de sa masse et de son énergie cinétique; Ce graphique donne l'énergie d'un objet d'une masse de 2 300 kg tombant de différentes hauteurs.Tu peux y repérer la hauteur de la chute si tu as l'énergie cinétique acquise par l'objet, lorsqu'il est près du sol.; Ligne 6 : Document 6 •Contribution à l'effet de serre des différents gaz; Il montre le pourcentage des différents gaz de l'atmosphère qui participent à l'effet de serre.Ce diagramme te donne les noms des gaz de l'atmosphère qui contribuent le plus à l'effet de serre.;

Répondre aux questions

2. Utilise la chronophotographie et ses propriétés.

5. L'énergie est donnée, il s'agit de lire le graphique.

6. Relie les informations données dans le diagramme à l'équation-bilan de la combustion de l'heptane pour répondre à cette question.

1. Étude du mouvement d'une voiture

remarque

Les points sont alignés et équidistants.

▶ 1. Le mouvement de la voiture est uniforme.

▶ 2. On constate sur la chronophotographie que la distance entre les points diminue de plus en plus pendant les intervalles du temps identiques. On conclut alors que la vitesse diminue lors de la phase 2 du mouvement.

▶ 3. La distance parcourue lors de la phase 1 est d = 15 m et la durée du parcours est :

attention !

Il y a 3 intervalles de temps entre 4 photos d'une chronophoto­graphie.

t = 3 × 0,25 = 0,75 s.

La vitesse est donnée par :

v=dt=150,75 = 20 m/s.

2. Étude des énergies

▶ 4. La masse totale de la voiture est donnée dans sa carte grise : m = 2 300 kg et sa vitesse est v = 20 m/s. L'énergie cinétique de la voiture est donnée par :

Ec = 12 × m × v2 = 12 × 2 300 × (20)2 = 460 000 J.

5. On cherche sur le graphique la hauteur H correspondant à Ec = 460 000 J. On peut voir que :

H = 21 m.

Une voiture qui percute un obstacle à 72 km/h reçoit donc un choc identique à celui de la même voiture qui tombe de 21 m de hauteur.

3. Étude de la combustion dans le moteur

▶ 6. Les molécules présentes dans la combustion de l'heptane sont : l'heptane, le dioxygène, l'eau et le dioxyde de carbone.

▶ 7. Lorsqu'une voiture fonctionne, elle consomme du carburant de type heptane. La consommation des hydrocarbures de ce type libère du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau, espèces chimiques contribuant à 26 % pour la première et à 60 % pour la seconde à l'effet de serre. Cet effet augmente donc avec l'utilisation des voitures.

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