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Bac Physique-Chimie

Amérique Nord 1

Bonjour à tous, dans cette vidéo, nous continuons la correction de cet exercice avec les exercices au choix. Dans cette deuxième partie, nous devons choisir deux des exercices A, B ou C. Les mots-clés nous aident à choisir les exercices qui nous intéressent le plus. Les exercices A, B ou C traitent de la mécanique, de l'aspect énergétique et du langage de programmation Python. Il est conseillé d'approfondir le sujet même si les questions peuvent sembler simples. Nous commençons avec l'exercice A qui vaut 5 points et traite de l'épaisseur du matelas lors du saut à la perche. On étudie les transferts d'énergie lors de la phase d'ascension, la vitesse d'impact de l'athlète sur le tapis et la protection contre les blessures. On assimile l'athlète à son centre de masse et on note Z l'altitude par rapport au sol. On dispose des données telles que la masse de l'athlète et l'intensité de la pesanteur terrestre. Dans la partie A, nous étudions la phase ascendante du mouvement d'Armand Duplantis, recordman du monde du saut à la perche. Les données de cette phase sont traitées dans un programme Python qui représente l'évolution des énergies cinétiques, potentielles de pesanteur, potentielles élastiques et mécaniques du système. Les courbes A, B et étoiles représentent respectivement l'énergie cinétique, l'énergie potentielle de pesanteur et l'énergie potentielle élastique. La question A1 demande d'identifier les courbes A et B représentant respectivement l'énergie cinétique et l'énergie potentielle de pesanteur. La réponse est que la courbe A représente l'énergie cinétique et la courbe B représente l'énergie potentielle de pesanteur, car elles suivent les mouvements de l'athlète. La question A2 demande de compléter les lignes 27 et 28 du programme. Les valeurs des différentes énergies sont calculées en fonction du temps, de l'altitude et de la vitesse. Pour trouver la vitesse initiale d'Armand Duplantis, il suffit de prendre la première valeur de la liste des vitesses, qui est de 10,063 mètres par seconde. La question 4 demande d'identifier la situation correspondant à t=0,9 seconde dans le graphique. La courbe de l'énergie potentielle élastique est maximale à ce moment-là, ce qui correspond à la situation numéro 2. En utilisant le graphique, on peut également déterminer que l'altitude maximale atteinte par le centre de masse de l'athlète est de 6,13 mètres à t=2 secondes. Cette analyse est basée sur les énergies cinétiques et potentielles de pesanteur. Merci d'avoir suivi cette vidéo et à bientôt pour la suite.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio. Dans cette vidéo, on continue la correction de cet anal avec les exercices au choix, à commencer par l'exercice A. On entre donc dans la deuxième partie de cet anal avec les exercices au choix. On doit en choisir deux parmi l'exercice A, B ou C. C'est ça qu'il faut retenir pour chaque fois. Alors, quelle est la première chose à faire en se penchant sur ce sujet ? Et bien c'est de regarder les mots-clés qui nous aident beaucoup pour savoir si on a cette appétence pour cet exercice ou non. Donc, mouvement dans un champ de pesanteur uniforme, ok ça va être de la mécanique, aspect énergétique, langage de programmation piton. Alors, si on est familier avec ces trois notions, on peut se pencher dessus, même si, moi je vous conseille d'aller un peu plus loin dans le sujet, regarder un peu plus, parce que parfois, les grands mots nous font un peu peur, on ne se rend pas très compte et les questions peuvent être plus simples qu'elles n'y paraissent. Alors, on commence avec l'exercice A qui vaut 5 points, donc l'épaisseur du matelas du saut à la perche. Alors, Armand Duplantis est un athlète américano-suédois et depuis février 2020, il détient le record du monde de saut à la perche en ayant franchi une barre à 6,18 mètres. Alors, le principe du saut à la perche repose sur la conversion de l'énergie cinétique issue de la course d'élan du perchiste en énergie potentielle de pesanteur. Alors, l'athlète plante la perche en bas du sautoir et la plie, l'énergie cinétique issue de la course est alors transformée en énergie élastique et emmagasinée par la perche. Celle-ci se détend, elle restitue cette énergie élastique à l'athlète. On passe ainsi d'un mouvement horizontal la course à un mouvement vertical le saut et aujourd'hui les perches en fibres de carbone restituent d'une manière quasiment intégrale l'énergie emmagasinée. Donc voilà, c'est un mouvement qui est très très beau physiquement parlant et depuis que j'ai cette analyse, je vois les épreuves d'une toute autre manière. Alors, il est représenté ici les différentes phases du saut à la perche en fonction de l'altitude Z de l'athlète. Alors, dans cet exercice, il s'agit d'étudier les transferts d'énergie lors de la phase d'ascension, de déterminer la vitesse d'impact de l'athlète sur le tapis et de vérifier que l'épaisseur du matelas de réception évite que l'athlète ne se blesse. Voilà, c'est une question plutôt importante. Donc dans tout l'exercice, on assimile l'athlète à son centre de masse et on note Z, l'altitude par rapport au sol. En données, nous avons la masse de l'athlète, l'intensité de la pesanteur terrestre. Alors, c'est parti pour la partie A qu'on va traiter dans cette vidéo, l'étude de la phase ascendante. Le mouvement complet d'Armand Duplantis lors de son record du monde est filmé puis étudié à l'aide d'un logiciel de pointage, donc c'est par exemple ce qu'on pourrait faire en TP. Et les données de la partie ascendante du mouvement sont traitées à l'aide d'un programme écrit en langage pytho, qui permet de représenter l'évolution au cours du temps des énergies cinétiques, potentielles de pesanteur et potentielles élastiques et aussi mécaniques du système défini par l'ensemble sportif plus perche. Alors, un extrait de ce programme est donné ci-dessous. Alors, on a tout le programme en question, donc ça ne sert pas à grand-chose de lire en détail pour l'instant, on va relier dessus en fonction des différentes questions. Et donc, c'est parti pour la partie ascendante du mouvement de l'athlète, on obtient les courbes suivantes. Voilà, alors la courbe A avec les croix, la courbe B avec les ronds et la courbe potentielle élastique avec les étoiles. Alors, question A1, identifiez parmi les courbes A et B justement celles représentant l'énergie cinétique et celles représentant l'énergie potentielle de pesanteur en justifiant les choix. Bien, pour assimiler l'un ou l'autre, on voit quand même qu'ils n'ont pas les mêmes trajectoires. On a ici la courbe A qui commence très haut, qui a un sursaut à la fin mais qui décroît assez vite, tandis que la courbe B, c'est pour les points, et bien elle commence assez faible et elle finit très très fort. Donc, sachant qu'on se place dans la partie A qui est, on se rappelle, l'étude de la phase ascendante. Alors, qu'est-ce qu'on peut dire juste ici ? Bien, une courbe qui est facile à repérer c'est celle de l'énergie potentielle de pesanteur, puisqu'elle suit le mouvement de l'athlète en termes de verticalité. Et bien, lors de la phase ascendante, on sait que l'athlète, il monte tout simplement de manière, je veux dire, croissante. Et bien, donc la courbe qui correspond à ça, c'est totalement la courbe B. Donc la courbe B, c'est la courbe associée à l'énergie potentielle de pesanteur, tandis que la courbe A, c'est celle de l'énergie cinétique. En effet, la courbe A, ça ne peut pas être l'énergie potentielle de pesanteur, puisque ça voudrait dire qu'il commence à une altitude élevée, qu'il s'effondre, puis qu'il remonte un peu et qu'il s'effondre encore. Et non, c'est clairement pas ça. Comment est-ce qu'on peut analyser cette énergie cinétique ? Et bien, au début, il court au maximum de sa vitesse. Ensuite, lorsqu'il va plier la perche, sa vitesse va réduire. Lorsque toute la perche va se plier et toute l'énergie va être accumulée dans l'énergie potentielle élastique, on le voit ici, il passe par un maximum. Et ensuite, la perche se déplie et restitue toute l'énergie, et c'est là qu'il est propulsé en l'air. C'est pourquoi il y a un petit gain de vitesse à ce niveau-là. Bon, ça, c'est une analyse plus profonde, on n'avait pas besoin de tant détailler pour cette réponse. Alors, A.2, recopier et compléter le code des lignes 27 et 28 du programme. Et bien là, c'est bon, on peut commencer à regarder. 27 et 28, en effet, on nous demande de compléter ça. Alors, on regarde le commentaire associé à la section. Il s'agit, pardon, des calculs, des valeurs des différentes énergies en fonction du temps. Et bien, l'énergie mécanique, en effet, c'est tout le temps la même chose. Et bien, en fonction du temps, de quoi est-ce qu'on dispose dans les différents codes avant ? Et bien, on a le temps juste ici, l'altitude et puis la vitesse. Donc, l'altitude et la vitesse sont référencés grâce au pointage pour chaque instant. Ainsi, pour calculer l'énergie cinétique et l'énergie potentielle de pesanteur, on a juste à se baser dessus en fonction des formules classiques. Donc, l'énergie cinétique à l'instant i, c'est m fois la vitesse à l'instant i, au carré, le tout divisé par deux. Et l'énergie potentielle de pesanteur à l'instant i, c'est la masse fois g fois l'altitude à l'instant i. Donc, on sélectionne l'instant i de chaque grandeur en mettant entre crochets i. Et bien, il faut bien utiliser la syntaxe Python, donc les fois sont des étoiles et puis on divise avec un slash. Alors, maintenant, extraire du programme la valeur de la vitesse initiale d'Armand Dupontis. Très bien. Alors, qu'est-ce qu'on peut dire comme valeur de la vitesse initiale ? Et bien, c'est la première valeur de la liste des vitesses. Bien sûr, et donc si on regarde la liste des vitesses qui nous est donnée juste ici, et bien la première valeur, c'est 10,063 mètres par seconde. Alors, maintenant, on se penche sur l'énergie potentielle élastique qui augmente avec la déformation de la perche. Donc ça, c'est une donnée très importante à connaître, puisque l'énergie potentielle élastique d'une perche, on n'est pas forcément amené au cours de l'année à l'étudier. Donc, ce n'est pas grave, on utilise cette information. Et la question 4 nous demande d'identifier parmi les trois situations ci-dessous, celle qui correspond à t égale 0,9 seconde en justifiant. Alors, t égale 0,9 seconde, ça correspond à quoi ? On ne sait pas trop, donc pour ça, on va regarder dans le graphique. t égale 0,9 seconde, juste ici, et bien on se rend compte que pour l'énergie potentielle élastique, celle qui nous intéresse ici, et bien 0,9 seconde, ça correspond au maximum de cette énergie potentielle élastique. Ça veut dire que c'est le moment où la perche accumule le plus d'énergie en son sein, et or, on nous a dit, l'énergie potentielle élastique augmente avec la déformation de la perche. Donc, ce qu'on peut dire, c'est qu'à t égale 0,9, l'énergie potentielle élastique est maximale, donc la déformation de la perche est maximale. Or, si on regarde les trois situations, et bien la situation pour laquelle la déformation de la perche est maximale, c'est la situation numéro 2. Très bien. Et maintenant, en exploitant le graphique précédent, il faut déterminer la valeur de l'altitude maximale ZA par rapport au sol, qui est atteinte par le centre de masse de la tête. Et bien, ce qu'on peut dire, c'est que l'altitude maximale, la tête ne monte plus, et la perche n'est pas déformée. Donc, l'énergie cinétique est égale à l'énergie potentielle élastique, est égale à 0. Donc, d'après le graphique juste ici, et bien, on a ce point qui est vérifié lorsque t est égal à 2 secondes. Donc, ça se situe à t égale à 2 secondes, et à ce moment-là, l'énergie potentielle de pesanteur, elle est de 4750 joules, d'après la lecture graphique. Donc, l'altitude à laquelle il se trouve, et bien, c'est tout simplement l'énergie potentielle de pesanteur divisée par m fois g, avec les données qui nous sont fournies. Et donc, par application numérique, à ce moment-là, Armand Diplastis se trouve à une hauteur de 6,13 m, un ordre de grandeur qui est attendu par rapport à ce que vous avez donné en énoncé. Donc voilà, c'est la fin de cette première partie très intéressante de mécanique, qui se base sur le double algorithme Python, et bien être à l'aise avec ses différentes grandeurs. Donc, merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo, et puis on se retrouve pour la suite.

L’épaisseur du matelas du saut à la perche (1)

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