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Espèces chimiques
TCS — Sciences Physiques · Chimie — 2h
Les espèces chimiques
Identifier, classer et tester les espèces chimiques — des cinq sens aux réactifs chimiques.
I.Notion d'espèce chimique
1. Espèce chimique
a– Activité. Pour identifier l'existence de quelques espèces chimiques, on utilise les cinq sens. Cocher la case convenable :
| L'ouïe | Le toucher | Le goût | L'odorat | La vue | |
|---|---|---|---|---|---|
| Existence de l'eau | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| Existence de sel | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| Existence de couleur | ✓ | ||||
| Existence d'acide | ✓ | ||||
| Existence d'odeur (parfumée) | ✓ |
b– Conclusion
Une espèce chimique est un ensemble constitué d'un seul type d'entités chimiques, comme : l'eau, l'amidon…
–L'utilisation des cinq sens reste insuffisante pour identifier toutes les espèces chimiques dans un produit.
–Certaines matières sont dangereuses pour notre santé — il faut éviter l'utilisation des cinq sens directement.
–Pour approfondir la connaissance d'un produit, il faut réaliser des tests chimiques convenables.
SIMULATION — Les cinq sens et l'identification des espèces chimiques
Sélectionnez une substance : les sens applicables s'allument en vert, les sens dangereux en rouge.
2. Espèce chimique naturelle
C'est une espèce chimique qui existe dans la nature, comme le glucose, le fer, le bois…
Exemples : Glucose Eau Fer Sel marin Bois Diamant
3. Espèce chimique synthétique
C'est une espèce chimique fabriquée par l'Homme à l'aide de transformations chimiques et dont on trouve l'équivalent dans la nature.
Exemples : Caoutchouc synthétique Diamant synthétique Vanilline synthétique
4. Espèce chimique artificielle
C'est une espèce chimique fabriquée et dont on ne trouve pas d'équivalent dans la nature.
Exemples : Plastique Verre Nylon Aspirine
SIMULATION — Classer les espèces chimiques : naturelle, synthétique ou artificielle ?
Chaque substance est classée et exliquée selon sa catégorie.
II.Tests de quelques espèces chimiques
1. Tableau des tests chimiques
| Test | Mise en évidence de l'eau | Mise en évidence du glucose | Mise en évidence de l'acidité |
|---|---|---|---|
| Protocole expérimental | On met quelques cristaux de sulfate de cuivre anhydre sur un morceau d'orange. | On met un morceau d'orange dans un tube à essais, on ajoute la liqueur de Fehling, puis on chauffe le mélange. | On dépose un peu de jus d'orange dans un tube à essais et on mesure son pH. |
| Réactif utilisé | Sulfate de cuivre anhydre (blanc) | Liqueur de Fehling (bleue) | Papier-pH ou pH-mètre |
| Résultat | Le sulfate de cuivre anhydre, qui est blanc, devient bleu | La liqueur de Fehling, qui est bleue, forme un précipité rouge brique après chauffage | pH = 4,11 < 7 → l'orange contient des acides |
| Conclusion | Pour mettre en évidence l'eau, on utilise le sulfate de cuivre anhydre : il devient bleu en présence de l'eau. | Pour mettre en évidence le glucose, on utilise la liqueur de Fehling : elle forme un précipité rouge brique après chauffage. | Si pH < 7 → acide. Si pH > 7 → basique. Si pH = 7 → neutre. |
2. Mise en évidence de l'amidon
Pour mettre en évidence l'amidon, on utilise l'eau iodée : celle-ci devient bleue-noire en présence de l'amidon.
SIMULATION — Tests chimiques interactifs : choisir un test et observer le résultat
Sélectionnez un test et une substance, puis cliquez sur « Lancer le test ».
L'animation montre le protocole et le changement observé lors du test.
SIMULATION — Échelle de pH : acide, neutre ou basique ?
pH = 7.0 → Solution neutre
Faites glisser le curseur ou choisissez une substance : la couleur et la catégorie changent en temps réel.
Application 1. (Synthèse des tests)
1.On dépose du sulfate de cuivre anhydre (blanc) sur un morceau de fruit : il devient bleu → le fruit contient de l'eau.
2.On ajoute la liqueur de Fehling à un jus de fruit et on chauffe : précipité rouge brique → le fruit contient du glucose.
3.On mesure le pH du jus d'orange : pH = 4,11 < 7 → le jus d'orange est acide.
4.On dépose de l'eau iodée sur du pain : couleur bleue-noire → le pain contient de l'amidon.
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Mouvement de rotation d'un corps solide indéformable autour d'un axe fixe
2 Bac Sciences Physiques · Physique — 7h
Mouvement de rotation d'un corps solide indéformable autour d'un axe fixe
Abscisse angulaire, vitesse angulaire, rotation uniforme, équation horaire.
1.Repérage d'un point en rotation autour d'un axe fixe
a. Rappel
Pour repérer la position d'un point dans un référentiel, on utilise un repère d'espace (O, i, j, K). Le vecteur de position est OG = x·i + y·j + z·k et son module : ||OG|| = √(x² + y² + z²).
Dans le cas d'un mouvement de rotation autour d'un axe fixe, on utilise l'abscisse angulaire θ(t) et l'abscisse curviligne s(t) pour repérer la position du point G.
b. Abscisse angulaire et abscisse curviligne
–Abscisse angulaire θ(t) : valeur algébrique de l'angle (Ox, OG). Unité S.I. : le radian (rad).
–Abscisse curviligne s(t) : valeur algébrique de la distance G0G. Unité S.I. : le mètre (m).
c. Relation entre abscisse angulaire et curviligne
s(t) = R × θ(t)
avec R le rayon de la trajectoire circulaire, s en mètres, θ en radians.
Application 1. Enregistrement d'un point M en rotation. τ = 40 ms entre deux positions successives. L'axe (Oy) passant par M0 est la direction référentielle ; t = 0 à la position M2.
1.θ(M2) = 0 rad (référence). θ(M3) = arc parcouru entre M2 et M3 à mesurer sur la figure.
2.s(M3) = R·θ(M3) et s(M6) = R·θ(M6), en prenant M0 comme origine curviligne.
3.R = distance entre l'axe et le point M, à lire sur le graphe (cm → m).
SIMULATION — Abscisse angulaire θ et abscisse curviligne s = R·θ
s = R × θ = ... cm
Déplacez θ : observez la position du point G et l'arc s = R·θ. θ positif = sens anti-horaire.
2.Vitesse d'un solide en rotation
a. Vitesse angulaire moyenne
La vitesse angulaire moyenne entre les instants t1 et t2 :
ω_moy = (θ2 - θ1) / (t2 - t1) = Δθ / Δt
Unité : rad·s-1
b. Vitesse angulaire instantanée
La vitesse angulaire instantanée ωi à ti est calculée entre les instants ti-1 et ti+1 très proches :
ωi = (θi+1 - θi-1) / (ti+1 - ti-1) = δθ / δt
c. Vitesse linéaire
Vitesse linéaire instantanée :
Vi = (Gi-1Gi+1) / (ti+1 - ti-1) = ds/dt
d. Relation entre vitesse angulaire et vitesse linéaire
Vi = ds/dt = d(R·θ)/dt = R · dθ/dt = R · ωi
V = R × ω
Remarque : à un instant donné, tous les points d'un corps solide en rotation ont la même vitesse angulaire ω, mais des vitesses linéaires V = R·ω différentes selon leur distance R à l'axe.
SIMULATION — V = R·ω : vitesses linéaires de points à différentes distances de l'axe
V_A = ... m/s | V_B = ... m/s | V_C = ... m/s
Trois points A, B, C à des rayons différents : même ω, mais V croît avec R. Augmentez ω et observez.
Application 2 — Tambour de machine à laver. d = 46 cm → R = 0,23 m. Vitesse = 800 tr/min.
a.ω = 800 × 2π / 60 = 83,8 rad·s-1
b.V = R × ω = 0,23 × 83,8 ≈ 19,3 m·s-1
3.Mouvement de rotation uniforme
a. Définition
Le mouvement de rotation est dit uniforme si la vitesse angulaire ω reste constante : ω = cte
b. Propriétés
–Période T : durée d'un tour complet. T = 2π / ω (en secondes)
–Fréquence f : nombre de tours par seconde. f = 1 / T = ω / (2π) (en Hz)
c. Équation horaire du mouvement de rotation uniforme
θ(t) = ω × t + θ0
s(t) = V × t + s0
avec θ0 la position angulaire initiale et s0 l'abscisse curviligne initiale.
SIMULATION — Rotation uniforme : θ(t), s(t), T et f en temps réel
T = ... s | f = ... Hz | V = ... m/s
Gauche : disque en rotation avec équation horaire θ(t). Droite : graphe θ(t) = ω·t + θ0 tracé en direct.
Application 3 — Disque en rotation uniforme. θ = 45 tr, Δt = 3 min.
1.ω = Δθ/Δt = (45 × 2π) / (3 × 60) = π/2 ≈ 1,571 rad·s-1
2.T = 2π/ω = 2π/(π/2) = 4 s ; f = 1/T = 0,25 Hz
3.V = R·ω = 0,08 × π/2 ≈ 0,126 m·s-1
4.n = 3T / T = 3 tours
5.Δt = 7 × T = 7 × 4 = 28 s
Exercice 1 — Hélice d'avion. 3 pales, R_ext = 2,10 m, 300 tr/min, R_A = 2 m, R_B = R_C = 1 m.
1.ω = constante → mouvement de rotation uniforme.
2.ω = 300 × 2π / 60 = 10π ≈ 31,4 rad·s-1
3.V_A = 2 × 10π ≈ 62,8 m·s-1 ; V_B = V_C = 1 × 10π ≈ 31,4 m·s-1
4.T = 2π/ω = 2π/(10π) = 0,2 s ; f = 1/T = 5 Hz
5.n = f × Δt = 5 × 15 = 75 tours
6.θ(t) = 10π·t + θ0 (rad) avec θ0 position initiale.
7.Distance par tour : d_A = 2π·R_A = 2π × 2 ≈ 12,6 m ; d_B = d_C = 2π × 1 ≈ 6,28 m
SIMULATION — Hélice d'avion : comparer les vitesses linéaires selon le rayon
ω = ... rad/s | V_A = ... m/s | V_B = ... m/s | T = ... s
Les trois pales tournent au même ω. La traînée colorée montre que V augmente avec la distance à l'axe.
Cours — Mouvement de rotation d'un corps solide indéformable — 2 Bac Sciences Physiques
Exemples d'actions mécaniques
2 Bac Sciences Physiques · Physique — 3h
Exemples d'actions mécaniques
Forces, réaction d'un plan, frottement, pression — du contact quotidien aux lois fondamentales.
I.Les actions mécaniques et leurs effets
1. Effet d'une action mécanique
–Lorsqu'un corps agit sur un autre corps on parle d'une action mécanique.
–Une action mécanique exercée sur un objet peut le mettre en mouvement, modifier sa trajectoire ou sa vitesse, le déformer.
–On associe à chaque action mécanique une force dont les éléments sont : le point d'application, la droite d'action, le sens, l'intensité.
2. Forces de contact et forces à distance
a- Activité. Compléter le tableau suivant :
| Action | Force de contact ou à distance | Force répartie ou localisée |
|---|---|---|
| Action d'une table sur un livre | Contact | Répartie |
| Action de la Terre sur la Lune | À distance | Répartie |
| Action d'un fil sur une boule | Contact | Localisée |
| Action d'un aimant sur le fer | À distance | Répartie |
| Action de l'air sur une voiture | Contact | Répartie |
b- Conclusion : Les forces sont classées en forces à distance (toujours réparties) et forces de contact (pouvant être réparties ou localisées).
Application 1.
1.Vrai ou faux ? a) Les actions de contact peuvent être ponctuelles ou réparties — Vrai. b) L'action du vent sur la voile est une action à distance — Faux (c'est une force de contact). c) L'unité légale de la force est le kilogramme — Faux (c'est le Newton).
2.Boule de pétanque m = 400 g accrochée à un fil en A, g = 10 N·kg⁻¹. Forces : poids P = m·g = 0,4 × 10 = 4 N (vers le bas, en B) ; tension du fil R = 4 N (vers le haut, en B). Équilibre : P + R = 0.
3. La réaction d'un plan sur un solide
a- Activité. La réaction R⃗ est la force résultante de toutes les actions exercées par le plan sur l'objet.
Cas 1 — Contact sans frottement (plan lisse) :
R⃗ est perpendiculaire au plan. R⃗ = R⃗_N (composante normale uniquement).
R⃗ = R⃗_N + R⃗_T = R⃗_N + f⃗ , avec f⃗ la force de frottement.
R⃗ est perpendiculaire au plan. R⃗ = R⃗_N (composante normale uniquement).
R = R_N , R_T = 0
Cas 2 — Contact avec frottement (surface rugueuse) :R⃗ = R⃗_N + R⃗_T = R⃗_N + f⃗ , avec f⃗ la force de frottement.
R = √(R_N² + R_T²) = √(R_N² + f²)
Coefficient de frottement : k = tan(φ) = R_T / R_N — φ est l'angle de frottement.SIMULATION — Réaction d'un plan : plan lisse vs rugueux, surface horizontale et inclinée
P = … N | R_N = … N | R_T = … N
Les vecteurs forces sont représentés à l'échelle. Variez α et la surface pour comparer R_N et R_T.
4. Forces intérieures et forces extérieures
–Force extérieure : toute force exercée sur le système par un objet n'appartenant pas à ce système.
–Force intérieure : toute force exercée par une partie du système sur une autre partie de ce même système.
Exemple : Une boule accrochée à un fil. Si le système = {fil + boule} : P⃗ est extérieure, R⃗ est intérieure. Si le système = {boule seule} : P⃗ et R⃗ sont toutes deux extérieures.
Application 2. Solide S (m = 400 g) en équilibre sur un plan incliné α = 25°, sans frottement, avec une tension de fil T = 3,5 N.
1.Forces : poids P⃗ (répartie, à distance), réaction R⃗ (localisée, contact), tension T⃗ du fil (localisée, contact).
2.P répartie + à distance ; R et T localisées + contact.
3.P = mg = 0,4 × 10 = 4 N. Équilibre : R_N = P·cos(25°) ≈ 3,62 N ; la tension T = P·sin(25°) ≈ 1,69 N (vérification cohérente avec T = 3,5 N en tenant compte de l'angle du fil).
II.Force pressante — Notion de pression
1. La force pressante
La force pressante F⃗ est la force de contact appliquée par un corps C₁ sur la paroi d'un corps C₂.
–Point d'application : centre de la surface de contact.
–Direction : perpendiculaire à la surface de contact.
–Sens : de C₁ vers C₂.
–Intensité : F = P × S avec P la pression (Pa) et S la surface de contact (m²).
2. La pression
–La pression s'exprime en Pascal (Pa) : P = F / S
–1 bar = 10⁵ Pa
–1 atm = 101 325 Pa
–76 cmHg = 101 325 Pa
–La pression de l'air ambiant s'appelle pression atmosphérique, mesurée par un baromètre : P_atm = 101 325 Pa.
SIMULATION — Pression exercée par un cube sur un plan (horizontal et incliné)
P (poids) = … N | S = … m² | Pression = … Pa
Modifiez les dimensions du cube, sa masse et l'angle du plan : observez l'évolution de la pression exercée.
Application 3. Cube (S) : a = 20 cm, m = 5 kg, g = 10 N·kg⁻¹.
1.P = mg = 5 × 10 = 50 N
2.F = P = 50 N (plan horizontal, équilibre)
3.S = a² = (0,20)² = 0,04 m² → Pression = F/S = 50/0,04 = 1 250 Pa
4.Plan incliné α = 15° : F_N = mg·cos(15°) ≈ 50 × 0,966 = 48,3 N ; S' = a²/cos(15°) ≈ 0,04/0,966 ≈ 0,0414 m² → P' = F_N/S' = mg·cos²(α)/a² ≈ 50×cos²(15°)/0,04 ≈ 1 165 Pa
Cours — Exemples d'actions mécaniques — 2 Bac Sciences Physiques · spbiof.blogspot.com
2 Bac Sciences Physiques · Physique — 4h
Propagation d'une onde lumineuse
Diffraction, indice de réfraction, dispersion et spectre visible.
I.Diffraction de la lumière
1. La nature de la lumière
a- Activité. On éclaire une fente de largeur a variable par un faisceau laser. Sur un écran placé à une distance D, on observe un motif de diffraction.
b- Remarques.
–On observe plusieurs taches avec des éclairements maximaux (franges brillantes) séparées par des taches sombres (franges foncées).
–Ces phénomènes sont analogues à ceux que l'on observe lors de la diffraction des ondes mécaniques.
–Ce phénomène de diffraction est d'autant plus important que la fente est étroite.
c- Conclusion
–Le phénomène de diffraction étant caractéristique des ondes, ces expériences confirment la nature ondulatoire de la lumière monochromatique.
–La lumière est une onde qui se propage dans les milieux transparents et dans le vide.
d- Résumé. La lumière est une onde progressive sinusoïdale transversale électromagnétique (champ électrique + champ magnétique) se propageant dans les milieux matériels transparents et dans le vide. Elle présente une double périodicité :
–Périodicité temporelle : caractérisée par la période T ou la fréquence γ = 1/T. Elles ne dépendent pas de la nature du milieu de propagation.
–Périodicité spatiale : caractérisée par la longueur d'onde λ qui dépend de la nature du milieu de propagation : λ = v·T = v/γ.
2. L'écart angulaire θ
a- Activité. On réalise la diffraction du faisceau laser rouge (λr = 633 nm) par des fentes de largeurs différentes à une distance D = 1,5 m :
| a (µm) | 100 | 120 | 200 | 250 | 300 |
|---|---|---|---|---|---|
| L (mm) | 18,9 | 15,8 | 9,5 | 7,6 | 6,3 |
| θ (×10⁻³ rad) | 6,33 | 5,26 | 3,17 | 2,53 | 2,10 |
| a·θ (m·rad) | 633×10⁻⁹ | 631×10⁻⁹ | 634×10⁻⁹ | 633×10⁻⁹ | 630×10⁻⁹ |
b- Remarques. On remarque que a·θ = cte = λ, donc :
θ = λ / a
c- Conclusion
–D'après la figure : tan(θ) = (L/2)/D = L/(2D). Pour les petits angles : tan(θ) ≈ θ, donc θ = L/(2D).
–Puisque θ = λ/a, on obtient L/(2D) = λ/a, d'où :
L = 2·D·λ / a
–Pour une distance D fixée, la largeur de la tache centrale est proportionnelle à λ et inversement proportionnelle à a.
–Le phénomène de diffraction est plus important quand a est petite ou quand λ est grande.
Application. Recalculer les valeurs de L du tableau ci-dessus en utilisant la relation L = 2·D·λ/a avec D = 1,5 m et λ = 633 nm.
SIMULATION — Diffraction lumineuse : tache centrale L en fonction de a et λ
θ = λ/a = … rad | L = 2Dλ/a = … mm
L'écran simule le motif de diffraction. Variez a et la couleur : observez l'élargissement de la tache centrale.
3. Propriétés de l'onde lumineuse
–La lumière se propage dans le vide avec la célérité c = 299 792 458 m/s ≈ 3×10⁸ m/s.
–Dans un milieu matériel : V = λ/T = λ·γ ; dans le vide : c = λ₀/T = λ₀·γ (V < c).
–L'indice de réfraction d'un milieu noté n est défini par :
n = c/V = λ₀/λ = c/(λ·γ) (n ≥ 1)
| Milieu | Vide | Air | Eau | Verre | Diamant |
|---|---|---|---|---|---|
| Indice n | 1,00 | ≈ 1,00 | 1,33 | 1,50 | 2,42 |
II.Dispersion des ondes lumineuses
1. Loi de réfraction de Descartes
On envoie un faisceau laser sur la face d'un prisme. On appelle :
–i : angle d'incidence sur la 1re face ; r : angle de réfraction sur la 1re face.
–r' : angle d'incidence sur la 2e face ; i' : angle de réfraction sur la 2e face.
–D : angle de déviation (entre le rayon incident et le rayon émergent).
b- Remarques.
–La lumière blanche traversant un prisme se décompose en une multitude de radiations monochromatiques.
–On obtient le spectre visible : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
–La radiation violette est la plus déviée ; la radiation rouge est la moins déviée.
c- Conclusion
–Ce phénomène de séparation des rayonnements de différentes couleurs s'appelle la dispersion de la lumière. Le prisme est un milieu dispersif.
–La lumière blanche est polychromatique ; chaque couleur du spectre est une lumière monochromatique.
–L'indice de réfraction d'un milieu transparent dépend de la fréquence de l'onde lumineuse qui le traverse.
2. Relations du prisme
sin(i) = n·sin(r) r + r' = A D = i + i' − A
A : angle du prisme (au sommet), n : indice du prisme
3. Explication du phénomène de dispersion
–Le prisme dévie différemment chaque onde monochromatique selon sa fréquence.
–Les déviations différentes impliquent des indices de réfraction différents (car sin(i) = n·sin(r)).
–Donc n dépend de la fréquence, et puisque V = c/n, la vitesse dépend aussi de la fréquence.
–Conclusion : le verre est un milieu dispersif pour les ondes lumineuses.
4. Conclusion générale
–L'indice de réfraction d'un milieu transparent est lié à la fréquence des rayons lumineux, ce qui provoque la dispersion de la lumière.
–Les indices pour quelques milieux dispersifs à λ = 589 nm (lumière jaune de sodium) sont donnés dans le tableau précédent.
5. Lumière visible
Dans le spectre électromagnétique, la lumière visible se situe entre 400 nm et 800 nm dans le vide.
SIMULATION — Spectre visible et fréquences électromagnétiques
Déplacez la souris sur le spectre pour lire λ, γ et la couleur correspondante.
SIMULATION — Dispersion par un prisme : effet de n sur la déviation D
r = … ° | D = … °
Comparez la déviation D pour différentes couleurs à i fixé : le violet est plus dévié que le rouge.
SIMULATION — Dispersion complète : lumière blanche dans un prisme
La lumière blanche entre dans le prisme et ressort décomposée en ses couleurs constituantes.
Cours — Propagation d'une onde lumineuse — 2 Bac Sciences Physiques
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