Sujet Physique-Chimie — Terminale — Liban — Bac 2023

Exercice 1 EXERCICE 1 : COMPRENDRE LES NUAGES (11 POINTS) La physique des nuages est l’étude des processus de formation et d’évolution des nuages et des précipitations qui les accompagnent. Les nuages sont formés de microscopiques gouttelettes. La formation et la stabilité d’un nuage dépendent notamment des mouvements verticaux de l’air dans celui-ci. Dans une première partie, on étudie l’un des phénomènes permettant au nuage de ne pas tomber. Dans la deuxième et la troisième partie, on s’intéresse à un satellite permettant d’étudier les nuages. Dans la quatrième partie, on interroge le bien-fondé d’une expérience visant à influer sur la météo. A. Nuage et précipitations Pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ? Les nuages sont constitués de gouttelettes d’eau de très petit diamètre (de 10 à 100 µm) qui demeurent en suspension dans l’air. Pour répondre à l’éternelle question « pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ? », il faut en premier lieu savoir que la formation des nuages implique le plus souvent des mouvements ascendants d’air, c’est-à-dire des mouvements de l’air vers le haut. En raison de leur faible masse, les gouttelettes entrant dans la constitution du nuage n’ont pas besoin de forces de grande intensité pour être maintenues en équilibre ou être entraînées dans un mouvement ascendant. […] Finalement, l’état d’équilibre ou de mouvement vertical (ascendance ou chute, sous forme de pluie éventuellement) se ramène à l’étude du bilan entre deux forces colinéaires opposées : le poids de la gouttelette et la résultante verticale des forces d’agitation de l’air. D’après Météorologie, 100 expériences pour comprendre la météo de Y. Corboz. Pour mieux comprendre ce qui permet au nuage de rester en suspension, on s’intéresse à une gouttelette d’eau présente dans ce nuage. On modélise la situation de la gouttelette de la façon suivante : - la gouttelette est supposée sphérique de rayon r = 10 µm ; - volume d’une sphère : 4 V = · π · r3 ; 3 - la gouttelette n’est soumise qu’à son poids ⃗P⃗ et à une force verticale F⃗⃗ exercée par l’air, dirigée vers le haut ; - la gouttelette est supposée initialement immobile dans le référentiel terrestre supposé galiléen ; 23-PYCJ2LI1 2/12 Exercice 1 - la valeur de la force exercée par l’air sur la gouttelette s’exprime de la façon suivante : k : coefficient sans unité ; k = 18,8 F = k · η · r · v