Exercice II ça farte ! (5 points) Correction

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EXERCICE III Spécialité : « Ça farte ! » (5 points)

1.1. (1 pt) Le système est soumis à :
- son poids [pic] : force verticale orientée vers le bas ;
- la réaction normale [pic]de la piste, force perpendiculaire à la
piste.
- la force de frottement [pic] de la neige sur le ski, force
parallèle à la piste et de sens opposé au sens du mouvement.


















1.2. (1 pt) La deuxième loi de Newton appliquée au système ski, de masse m
constante, dans un référentiel terrestre galiléen, donne : [pic].
D'après l'énoncé, le mouvement est rectiligne et uniformément accéléré : le
vecteur [pic] est donc orienté parallèlement à la piste et dans le sens du
mouvement (en violet sur le schéma).
Les vecteurs [pic] et [pic] sont donc colinéaires et de sens opposé.
Le vecteur [pic] est aussi un vecteur parallèle au plan incliné (en noir
sur le schéma).
Pour qu'il y ait mouvement vers le bas, la longueur du vecteur [pic] doit
être plus grande que celle du vecteur [pic].
La longueur du vecteur [pic] est donnée par la relation : [pic].

2. (0,75 pt) Au cours du mouvement, l'altitude du système diminue donc son
énergie potentielle de pesanteur diminue. L'énergie potentielle de
pesanteur est transformée en partie en énergie cinétique (la vitesse du
système augmente) et en partie en chaleur à cause des frottements du
système sur la piste.
Le transfert thermique sous le ski provoque la fusion de la neige en eau
liquide.

3. (0,75 pt) Les fluorocarbures sont des substances fortement hydrophobes
(doc.2). Avec une semelle de ski hydrophobe, les gouttes d'eau sous la
semelle sont quasiment sphériques (doc .3 schéma 2.) alors qu'elles sont
davantage aplaties avec une semelle non fartée (doc.3 schéma 1).
La surface de contact entre l'eau et une semelle hydrophobe est donc
nettement inférieure à celle entre l'eau et une semelle non fartée. Les
frottements étant minimisés, la glisse est favorisée avec une semelle
hydrophobe.
4.1. (0,75 pt) Les hydrocarbures à longue chaîne carbonée, comme la
paraffine, possèdent des liaisons C ( H faiblement polarisées car la
différence d'électronégativité entre un atome de carbone et un atome
d'hydrogène est faible : 2,6 - 2,1 = 0,5. La faible polarité des liaisons C
( H confère aux hydrocarbures des propriétés hydrophobes intéressantes pour
le fartage.
Par ailleurs, le coût des hydrocarbures est moins élevé que celui des
fluorocarbures.

4.2.1. (0,5 pt) La différence d'électronégativité entre un atome de fluor
et un atome de carbone est grande : 4,0 - 2,6 = 1,4. Le fluor attire les
électrons de la liaison, et devient porteur d'une charge partielle
négative, tandis que le carbone devient porteur d'une charge partielle
positive. Ainsi les liaisons C ( F sont polarisées.

4.2.2. (0,25 pt) La forte polarisation d'une liaison dans une molécule ne
suffit pas pour rendre la molécule polaire. En effet, la géométrie de la
molécule a une grande importance.

Si les centres géométriques des charges partielles positives et négatives
sont confondus alors la molécule est apolaire et donc hydrophobe.







Les fluorocarbures sont des molécules polymères qui présentent une symétrie
par rapport à la chaîne carbonée. La polarisation d'une liaison C ( F d'un
côté de la chaîne carbonée, est compensée par la polarisation de la liaison
C ( F symétrique par rapport à l'axe de la chaine carbonée. Ainsi,
globalement, les fluorocarbures sont des molécules apolaires. Elles sont
donc hydrophobes.
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[pic]

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