Sujet Physique-Chimie — Terminale — Amérique du Nord — Bac 2019

EXERCICE 1 : NEWTON CAR (11 points) Le « Newton Car » challenge, impulsé par la NASA, est un défi scientifique qui peut être proposé aux élèves de lycée. Une « Newton Car » est composée d’un chariot de bois équipé de trois plots permettant de maintenir un élastique étiré à l’aide d’une ficelle. Le chariot est positionné sur une série de pailles en plastique. Une masselotte est placée au niveau de la courbure de l’élastique. L’éjection de la masselotte met en mouvement le chariot. Photographie de la « Newton Car » Masselotte Ficelle Élastique Chariot de bois Pailles équipé de trois plots L’objectif étant de parcourir la plus grande distance, c’est-à-dire d’avoir la plus grande vitesse au démarrage, les élèves sont amenés à mesurer cette grandeur par différentes méthodes. À la date t = 0 s, le système est immobile. On brûle la ficelle comme photographiée ci-dessous : On observe alors le déplacement du chariot et de la masselotte dans la même direction mais en sens opposé. Pour étudier le mouvement de la « Newton Car », on considère le système S constitué de l’ensemble {chariot + ficelle + élastique + masselotte}. On note v la vitesse du chariot et v la vitesse de la masselotte juste après la rupture de la ficelle. Les mouvements sont étudiés dans le référentiel terrestre supposé galiléen. 19PYSCSAN1 Page 2 sur 11 Données : (cid:1) intensité du champ de pesanteur : g = 9,81 m.s-2 ; (cid:1) masse du chariot M = 200 g ; (cid:1) on note m la masse de la masselotte ; (cid:1) évaluation d’une incertitude par une approche statistique : • valeur moyenne Xassociée à n mesures indépendantes X d’une grandeur X : (cid:3) i n ∑ X i X = i=1 ; n s • écart type expérimental noté n-1 : n ∑ (X - X)² i s = i=1 ; n- 1 n- 1 s • incertitude élargie pour un niveau de confiance de 95 % : U(X) = 2 n- 1 . n 1. Principe de propulsion de la « Newton Car » 1.1. Après avoir brûlé la ficelle, faire l’inventaire des forces modélisant les actions extérieures qui agissent sur le système S. 1.2. À quelle condition le système S peut-il être considéré comme pseudo-isolé ? Si on suppose le système pseudo-isolé, montrer que la quantité de mouvement du système S est nulle. 1.3. Déterminer la