Bond sur la lune - chimphys

Nom : Prénom : Bond sur la lune ( 16
points ) Edwin et Neil Armstrong sortirent du LEM (module d'exploration lunaire), le
20 Juillet 1969.
Aldrin effectua, sur le sol lunaire, un bond qui fut filmé. Avec son
scaphandre, il avait une masse de 152 kg.
A l'aide d'un logiciel de saisie de trajectoire comme Aviméca, on peut
réaliser une étude énergétique de ce bond lunaire.
On s'intéresse ici à un des points du scaphandre d'Aldrin dont les
positions successives symbolisées par des points blancs sont repérés au
cours du temps. Le premier point correspond à un instant pour lequel
l'astronaute quitte le sol après avoir donné une légère impulsion vers le
haut. En ce point, on a placé l'origine des altitudes y = 0 m. L'axe Oy est
orienté vers le haut. |[pic] |1) a) Comment peut on expliquer que la |
| |terre ne compte que 200 cratères |
| |d'impact, alors qu'ils sont |
| |innombrables sur la lune ? |
| |b) Réaliser un diagramme d'interaction |
| |puis un bilan de(s) force(s) exercée(s)|
| |sur l'astronaute une fois qu'il a |
| |quitté le sol lunaire. |
| |( / 1) |
| | |
| |A l'aide du logiciel Aviméca, on |
| |obtient au cours du temps, les valeurs |
| |suivantes pour les altitudes y une fois|
| |qu'Aldrin a quitté le sol lunaire : |
| | |
| | |
| |t ( s ) |
| |y ( m ) |
| |Ec ( J ) |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| |M0 |
| |0 |
| |0 |
| | |
| | |
| | |
| |M1 |
| |0,125 |
| |0,129 |
| | |
| | |
| | |
| |M2 |
| |0,250 |
| |0,220 |
| | |
| | |
| | |
| |M3 |
| |0,375 |
| |0,300 |
| | |
| | |
| | |
| |M4 |
| |0,500 |
| |0,343 |
| | |
| | |
| | |
| |M5 |
| |0,625 |
| |0,365 |
| | |
| | |
| | |
| | |
| |2 ) Compléter le tableau (exceptées les|
| |cases grisées) en donnant la valeur des|
| |énergies cinétiques de l'astronaute. |
| |( / 1 ) |
| |On ne détaillera qu'un seul calcul |
| |après avoir donné l'expression |
| |littérale utilisée. ( / 2,5|
| |) |
| |Remarque : vous pouvez vous aider de la|
| |colonne de droite disponible si |
| |nécessaire. | 3 ) Tracer la courbe en portant en abscisse l'altitude et en ordonnée
l'énergie cinétique correspondante.
Les valeurs maximales portées sur les axes sont imposées : 100 J et
0,40 m. ( / 2,5 )
4) A partir de cette courbe,
a ) Que peut on déduire du sens de variation de l'énergie cinétique en
fonction de l'altitude ? (/ 0,5)
b ) Déterminer la vitesse acquise à la fin de l'impulsion, au moment
où Aldrin quitte le sol lunaire. ( / 1 )
c ) Déterminer l'altitude maximale atteinte par Aldrin lors de ce bond
. (/ 0,5)
5) a) Enoncer le théorème de l'énergie cinétique
. (/ 0,5)
b) Déduire de la courbe tracée précédemment un diagramme de transfert
d'énergie, correspondant au
théorème de l'énergie cinétique, entre M0 et M4. Argumenter ce
diagramme à partir de la courbe. ( / 1 )
6) De quoi dépend le travail du poids, de quoi ne dépend il pas ?
Donner dans le cas du bond d'Aldrin étudié, l'expression littérale du
travail du poids, son signe et les
différentes unités des grandeurs qui permettent de le calculer.
(/1,5)
7 ) On peut à partir de cette courbe obtenir la valeur de l'intensité de la
pesanteur lunaire : g (lune). (/ 4 )
a) Comment peut on expliquer que la courbe tracée décrive une droite ? Que représente le coefficient directeur de la droite ? Calculer sa
valeur.
b) Expliquer pourquoi on peut à partir de cette valeur déterminer la
valeur de g (lune).
c) Avec une vitesse identique initiale de 1,2 m/s, le même scaphandre,
déterminer l'altitude maximale
qu'aurait atteint Aldrin lors de ce bond sur terre ? On
argumentera.
Correction : Bond sur la lune . ( 16 points ) 30 mn prof 1) a) On peut expliquer que la terre ne compte que 200 cratères d'impact
sur notre planète, alors qu'ils sont innombrables sur la lune car la
plupart des petits météoroïdes, de quelques centimètres de diamètres, sont
entièrement consumés pendant leur traversée de l'atmopshère, et ne
parviennent pas au sol pour y creuser un petit cratère. La lune, elle n'a
pas d'atmosphère pour se protéger des petits impacteurs. ( / 0,5 )
1 ) b) Bilan de(s) action(s) exercée(s) sur l'astronaute une fois qu'il a
quitté le sol lunaire : se réduit à l'action exercée à distance par la lune
sur l'astronaute de masse totale 152 kg. ( / 0,25 si diagramme cohérent)
2 ) Tableau (exceptées la cases grisées) et valeurq des énergies cinétiques
de l'astronaute. ( / 0,25*4 )
|t ( s ) |y ( m ) |Ec ( J )|Vy ( m/s|
| | | |) |
| | | | |
| |0 | | |
|0,125 |0,129 |58,