Brevet 2021 Sciences : sujet et corrigé

Les météorites

Une météorite est un fragment d’astéroïde, de taille très variable, qui s’est écrasée sur Terre à très grande vitesse. En entrant dans l’atmosphère, les frottements avec l’air sont tels qu’ils provoquent la fusion de la roche et lui donnent un aspect lisse.

En 1960, fut découverte en Australie, une météorite de $631\text{ g}$ pour un volume de $90{\text{ cm}}^3$.

Document 1 : La masse volumique, notée $\rho$, s’exprime en ${\text{g/cm}}^3$ ou en ${\text{kg/m}}^3$. Elle se calcule en utilisant la relation mathématique :
$$\rho =\frac{m}{V}$$
avec :

• $m$ : la masse exprimée en $\text{kg}$
• $V$ : le volume exprimé en ${\text{m}}^3$
• $\rho$ : la masse volumique exprimée en ${\text{kg/m}}^3$ ou en ${\text{g/cm}}^3$

Question 1 : Montrer par un calcul que la masse volumique $\rho$ de la météorite découverte en Australie a une valeur égale à $7,0{\text{ g/cm}}^3$.

Document 2 : La détermination de la masse volumique d’une météorite permet son classement en 3 catégories.

Question 2 : Indiquer la catégorie à laquelle appartient cette météorite et donner sa composition chimique. Justifier votre réponse.

Il est possible de détecter la présence de fer dans une météorite par réaction chimique en plongeant un fragment de la météorite dans une solution acide. L’acide réagit alors avec le fer de la météorite pour former des ions fer (II) (de formule chimique $F{e}^{2+}$) et du dihydrogène $H_2$.

Document 3 : Solutions de la vie quotidienne disponibles au laboratoire.

Question 3 : Indiquer le nom de la solution à utiliser pour détecter la présence de fer dans la météorite parmi les solutions proposées dans le document 3. Justifier la réponse.

Suite à la transformation chimique de la solution acide avec le fragment de la météorite, on obtient une solution contenant des ions. Pour prouver la présence de fer dans la météorite, il faut vérifier la présence d’ions fer (II) dans cette solution.

Document 4 : Tests d’identification des ions

Question 4 : Schématiser l’expérience à réaliser pour vérifier la présence d’ions $F{e}^{2+}$ dans la solution, en utilisant le document 4. Indiquer le résultat attendu de l’expérience si la météorite contient du fer.

La Terre exerce une force attractive sur l’ensemble des corps qui l’entoure. Les météorites qui passent dans la zone d’influence de la Terre sont alors soumises à cette force attractive. Pour une météorite proche de la surface terrestre, la force d’attraction exercée par la Terre sur la météorite est appelée « poids de la météorite ».

Question 5 : Cocher la bonne proposition dans chaque cas.

• Le poids $\vec{P}$ de la météorite est une force exercée par la Terre :
  • à distance
  • de contact
• L’intensité du poids $\vec{P}$ de la météorite s’exprime en :
  • kilogramme
  • Watt
  • Newton
  • Newton par kilogramme
• L’intensité du poids $\vec{P}$ de la météorite se calcule à l’aide de la relation :
  • $P=m\times g$
  • $P=\frac{m}{g}$
  • $P=U\times I$
  • $P=m+g$
• Le poids $\vec{P}$ de la météorite au voisinage de la Terre est modélisé par :
  • (Schéma montrant un vecteur horizontal de la météorite vers la Terre)
  • (Schéma montrant un vecteur vertical de la météorite vers le centre de la Terre)
  • (Schéma montrant un vecteur horizontal de la Terre vers la météorite)

Lorsqu’une météorite pénètre dans l’atmosphère terrestre, les frottements avec l’air provoquent son ralentissement et son échauffement. Elle se transforme alors en boule de feu qui finit par se fragmenter en petits morceaux.

Document 5 : L’énergie cinétique, notée $E_c$, d’un objet de masse $m$ et de vitesse $v$ se calcule en utilisant la relation mathématique :
$$E_c=\frac{1}{2}\times m\times v^2$$
avec :

• $E_c$ : l’énergie cinétique exprimée Joule (J)
• $m$ : la masse exprimée en kg
• $v$ : la vitesse exprimée en m/s

Question 6 : Calculer la valeur de l’énergie cinétique $E_c$ d’une météorite d’une masse de $80000\text{ kg}$ qui entre dans l’atmosphère à la vitesse de $12,8\text{ km/s}$. Détailler le calcul réalisé.

Question 7 : Indiquer comment évolue l’énergie cinétique $E_c$ lorsque la météorite pénètre dans l’atmosphère terrestre. Justifier la réponse.

LE CHAUFFE BIBERON

Thème santé - Apporter aux adultes, du confort et de la sécurité lors de la préparation d’un biberon pour un bébé.

Ce chauffe biberon est en un produit conçu en regroupant 3 fonctions dans un même produit, avec un souci simplification dans la préparation, en particulier pour les parents la nuit.
La communication entre système et utilisateur se fait de manière visuelle (voyants lumineux) et de manière sonore (buzzer).

Présentation des fonctions

1° Préparer un biberon :

• Chauffer l’eau d’un biberon à une température adaptée ;
• Maintenir le biberon à la bonne température grâce à un contrôle direct de l'eau ;
• Préparer en 30 secondes le biberon et éteindre l'appareil ;
• Minimiser les manipulations (le flux d'eau a un effet mélangeur de poudre).

2° Faciliter les manipulations :

• Permettre à une personne une manipulation du biberon à l’aide d’une seule main et sans aucun contact direct avec l’eau.

3° Chauffer (biberon et petit-pot)

• Permettre à une personne de chauffer par l’intermédiaire d’une résistance de chauffe à la manière d’un bain marie le contenu d’un petit pot en tenant compte de la quantité et de la température initiale (ambiante ou sortie du réfrigérateur). Le bloc de chauffe est amovible afin de l'emmener partout avec vous.

4° Entretenir : Stériliser à la vapeur

• Permettre de stériliser la cuve d’eau ($100^{\circ }\text{C}$).
• Garantir une hygiène parfaite ; le CHAUFFE BIBERON est équipé d'un système d'auto-nettoyage vapeur qui nettoie la cuve en profondeur.

Question 1 : Énoncer les deux fonctions d'usage (sur 5 pts)

Question 2 : Répondre aux questions (sur 5 pts)
a. Quel élément permet de chauffer l'eau ?
b. Quels éléments permettent de savoir que la fin du cycle est atteinte ?

Question 3 : Compléter la chaîne d’information et la chaîne d’énergie (sur 5 pts)
(Le candidat doit compléter les blocs vides du diagramme fourni en page 10, incluant les fonctions ACQUERIR, TRAITER, COMMUNIQUER pour la chaîne d'information et ALIMENTER, DISTRIBUER, CONVERTIR, TRANSMETTRE ET ADAPTER pour la chaîne d'énergie).

La communication entre utilisateur et système se fait par l’intermédiaires d’appui sur différents boutons correspondants aux différents modes disponibles :

Question 4 : Compléter le programme et le sous-programme du chauffe biberon (sur 5 pts)
(Le candidat doit compléter les 5 champs vides du script Scratch en fonction des conditions de réponse 1, 2 ou 3).

Question 5 : Compléter le logigramme suivant (sur 5 pts)
(Le candidat doit compléter les blocs d'action du logigramme de décision en page 12, basé sur les tests "Si PRG Préparation instantanée ?", "Si PRG Bain marie ?" et "Si PRG Clean ?").