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Polynésie série professionnelle - Septembre - Fusée Ariane
Exercice 1
Le 26 septembre 2018 a eu lieu le 100ème lancement d'Ariane 5.
Le moteur de l'étage supérieur d'Ariane 5 utilise comme combustible le propergol, constitué d'atomes de carbone, d'azote et d'hydrogène.
La combustion produit des molécules de $N_2$, de $CO_2$ et de $H_2O$.
Le but de l'exercice est de déterminer si la combustion du propergol a un impact sur l'environnement.
Document 1 : Tableau périodique des éléments
Document 2 : tests d'identification de gaz
| Nom et formule du gaz à identifier | Réaction observée |
|---|---|
| Dihydrogène $H_{2}$ | Une allumette enflammée placée à l'entrée d'un tube contenant du dihydrogène provoque une légère détonation |
| Dioxygène $O_{2}$ | Une allumette incandescente placée à l'entrée d'un tube contenant du dioxygène se rallume |
| Dioxyde de carbone $CO_{2}$ | Trouble l'eau de chaux |
- Donner le symbole des éléments constituant le propergol.
- Donner le nom des produits obtenus lors de la combustion.
- Un des gaz responsables de l'effet de serre trouble l'eau de chaux. En déduire si la combustion du propergol contribue à l'effet de serre. Justifier votre raisonnement.
Exercice 2
Afin de permettre à la fusée Ariane 5 de décoller, une succession de combustions lui permet de subir une poussée d'environ 15 000 kN. La masse d'une fusée Ariane 5 est de 750 000 kg.
Le but de l'exercice est de vérifier si la poussée subie est suffisante au décollage. **
- Parmi les formules suivantes, recopier la formule adaptée au calcul du poids de la fusée.
$P = \frac{m}{g}$
$P = mg$
$P = \frac{g}{m}$
- Calculer le poids de la fusée au décollage. On donne : g = 10 N/kg.
- Convertir le résultat précédent en kN, sachant que 1 kN = 1 000 N.
- Compléter le tableau des caractéristiques du poids et de la poussée au décollage.
Document 3 à compléter
| Force | Droite d'action | Sens | Valeur |
|---|---|---|---|
| Poids | |||
| Poussée | Verticale | Vers le haut |
- Le décollage d'une fusée nécessite une poussée d'une valeur supérieure à 1,8 fois son poids.
Déterminer si cette condition est atteinte.
Correction
Exercice 1
- Carbone : C
Azote : N
Hydrogène : O
- Les produits :
- $N_{2}$ : diazote
- $CO_{2}$ : dioxyde de carbone
- $H_{2}O$ : eau
- Le gaz à effet de serre qui trouble l'eau de chaux est le dioxyde de carbone.
La combustion du propergol produit du dioxyde de carbone donc elle contribue à l'effet de serre.
Exercice 2
- $P = m \times g$
P en Newton
m en kilogramme
g en N/kg (newton par kilogramme)
- On a :
$m$ $=$ 750000 kg
$g = 10N/kg$
donc
$P = 750\,000 \times 10 =$ 7,500,000 N
- 7500000N = 7500kN
- Est-ce que la poussée > 1,8 × 7500 ?
1,8 x 7500 = 13500kN
La poussée est suffisante car 15000kN > 13500kN