Correction du sujet de première spécialité n°1 partie physique: Un drone pour ausculter la couverture végétale

Parties du programme de physique-chimie première spécialité concerné :

Energies cinétique, potentielle et mécanique, variation du vecteur vitesse, Couleurs, ondes et particules.

Correction de la question n°1.1

D’après le document indiquant l’évolution de l’énergie cinétique et de l’énergie mécanique en fonction du temps, l’énergie cinétique reste constante.

Or l’énergie cinétique d’un système de masse constante ne dépend que de sa vitesse (Ec = ½.m.v2) donc la vitesse du système reste constante : le mouvement est donc uniforme.

Par ailleurs l’énoncé précise que le vol est rectiligne par conséquent :

Le mouvement de ce drone est rectiligne uniforme.

Correction de la question 1.2

D’après le document indiquant l’évolution de l’énergie cinétique et de l’énergie mécanique en fonction du temps, l’énergie mécanique reste constante. Or l’énergie mécanique est définie comme la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle de pesanteur ( Em = Ec + Epp), puisque l’énergie cinétique reste constante alors l’énergie potentielle de pesanteur reste également constante au cours du temps.

Cette dernière s’exprime grâce à la relation Epp = m.g.h + constante, pour un système de masse constante dans un champ de pesanteur uniforme elle ne dépend que de l’altitude « h »

Puisque l’énergie mécanique reste constante alors cela implique que l’altitude reste constante.

Correction de la question 1.3

La valeur de la masse apparaît au sein de l’expression de l’énergie cinétique à la ligne 17 :

Le commentaire de la ligne 11 indique que l’énergie est obtenue en joule par conséquent la masse est dans son unité habituelle : le kilogramme.

La masse est donc m = 0,700 kg

Correction de la question 1.4

Puisque l’énergie potentielle de pesanteur est nulle au niveau du sol alors :

Epp = m.g.h + constante

pour h = 0 alors Epp = 0

0 = m.g.0 + constante

0 = 0 + constante

constante = 0

Donc l’expression de l’énergie potentielle de pesanteur est Epp = m.g.h

D’après le document indiquant l’évolution de l’énergie cinétique et de l’énergie mécanique en fonction du temps Em = 900 J et Ec = 50 J

Em = Ec + Epp

Epp = EmEc

Epp = 900 – 50

Epp = 850 J

Epp = m.g.h

h = 121 m

L’altitude de vol du drone est donc environ h = 121 m

Correction de la question 1.5

Le calcul de l’énergie potentielle doit être fait avant celui l’énergie mécanique (puisque le calcul de l’énergie mécanique exploite la valeur de l’énergie potentielle de pesanteur).

Le calcul de l’énergie potentielle de pesanteur peut par exemple être placé à la ligne 20 :

Son expression est :

Epp = m.g.h

avec m = 0,700 kg et g = 10 N.kg-1 donc le produit vaut 0,7 x 10 = 7

on pourra donc écrire :

20 Eppi = 7*altitude

21 Epp.append(Eppi)

Le tracé peut être noté par exemple à la ligne 30 :

30 plt.Plot (t, Epp)

Remarque : même sans connaissance précise du langage Python on peut répondre en calquant sa réponse sur les instructions figurant déjà dans le programme fourni !

Correction de la question 1.6

L’énergie potentielle de pesanteur gardera une valeur constante au cours du temps Epp = 850 J, on obtiendra donc la courbe suivante :

Correction de la question 1.7

La première loi de Newton est équivalente au principe d’inertie (vu en seconde) : Si le mouvement est rectiligne uniforme (c’est à dire si le vecteur vitesse reste constant) alors la force totale est nulle.

La force totale est nulle si toute les forces se compensent : les forces verticales se compensent ainsi que les forces horizontales :

Le poids et la force de portance se compensent

La traînée totale et la force de propulsion se compensent

Puisque le traînée totale et la force de propulsion se compensent elles ont la même intensité.

Correction de la question 2.1

Pour réaliser le schéma demandé il faut connaître le vocabulaire utilisé :

  • La lumière incidente est celle qui arrive sur la feuille
  • La lumière réfléchie est renvoyée par la feuille
  • La lumière transmise est celle qui traverse la feuille

Correction de la question 2.2

D’après le graphique les lumières réfléchies on des longueurs d’onde situées d’une part autour de 550 nm ( associées à une couleur jaune) et d’autre part dans l’intervalle 700 – 800 nm (associées à une couleur rouge)

Correction de la question 2.3

Les lumières de longueurs d’ondes situées dans l’intervalle 800 nm – 1000 nm sont également réfléchies, il s’agit de rayonnements infrarouges (IR)

Correction de la question 2.4

550 nm est une longueur d’onde correspondant à un maximum de réflectance du domaine visible, elle permet d’analyser l’activité chlorophyllienne.

880 nm est une longueur d’onde du domaine infrarouge, elle permet d’analyser l’état de la structure interne de la feuille et des cellules.

Correction de la question 2.5

La chlorophyle « a » absorbe principalement les lumières dont la longueur d’onde :

  • va de 400 à 450 nm (ce sont des lumières de couleur bleue) les lumières dont la longueur
  • d’onde appartient à l’intervalle 650 nm – 700 nm (lumières oranges)

La chlorophyle « b » absorbe principalement les lumières dont la longueur d’onde :

  • va de 400 à 500 nm (ce sont des lumières de couleur bleue)
  • les lumières dont la longueur d’onde appartient à l’intervalle 600 nm – 670 nm (lumières jaunes)

Correction de la question 2.6

Les longueurs d’onde des lumières absorbées par les pigments de chlorophylle « a » et « b » couvrent le début du spectre visible (de 400 à presque 500 nm) ainsi que la fin du spectre visible ( au-delà de 600 nm) par conséquent seules les longueurs d’onde de la partie centrale coïncidant ( avec la couleur verte ) sont diffusées.