Exercice type brevet de Physique-Chimie

Le triathlon est une discipline sportive réunissant trois épreuves : la natation, le cyclisme et la course à pied.

Épreuve de natation

Les concurrents démarrent le triathlon par une épreuve de natation.

Chronophotographie d’une partie du déplacement d’un nageur.
Une chronophotographie est une succession de clichés pris à intervalles de temps égaux.
Le sens de la flèche indique le sens du mouvement.

1. Qualifier le mouvement de l’athlète en choisissant un ou plusieurs qualificatifs parmi les suivants :

1. Accéléré
2. Circulaire
3. Uniforme
4. Rectiligne
5. Ralenti

Épreuve de cyclisme

À la sortie de l’eau, les concurrents récupèrent leur vélo.
Une athlète souhaite utiliser le vélo le plus léger possible parmi deux modèles à sa disposition.
L’un est en acier et l’autre en fibre de carbone.
Les dimensions des deux modèles sont strictement identiques. Les volumes des tubes constituant les cadres sont les mêmes. Seuls les matériaux utilisés pour les cadres diffèrent.

Données

- Masse volumique de l'acier : \( 7,8\:kg / dm^{3} \)
- Masse volumique de la fibre de carbone : \( 1,8\:g / cm^{3} \)

2. Quel est le modèle choisi par l'athlète ?

3. Déterminer la masse du cadre du vélo choisi sachant que son volume est de \( 975\:cm^{3} \).
On donnera un résultat arrondi à \( 0,1 \: kg \), suivi de l'unité qui convient.

La pression des pneus est une donnée importante pour augmenter les performances.
Le graphe ci-dessous donne la pression des pneus recommandée en fonction du poids du cycliste.

Données

- pour l’intensité de la pesanteur sur Terre, on prendra : \( g_{T} = 10 \: N/kg\)

4. Déterminer la valeur de la pression à appliquer aux pneus du vélo d’une cycliste dont la masse est de \( 60 \: kg\).
On donnera la réponse suivie de l'unité qui convient.

Épreuve de course à pied

Les concurrents terminent le triathlon par une épreuve de course à pied.
Des verres de boisson énergisante à base de glucose sont proposés aux sportifs aux points de ravitaillement.

5. Une molécule de glucose a pour formule chimique \( C_{6}H_{12}O_{6} \). Compléter le tableau suivant décrivant la composition de la molécule de glucose.

Donnée : le tableau périodique des éléments.

6. Laquelle des réactions suivantes représente correctement la transformation chimique entre le glucose et le dioxygène ?

\(C_{6}H_{12}O_{6}\) + 6 \(O_{2}\) \(\longrightarrow\) 6 \(CO_{2}\) + 6 \(H_{2}O\)
\(C_{6}H_{12}O_{6}\) + 6 \(O_{2}\) \(\longrightarrow\) 6 \(CO_{2}\) + 6 \(O_{2}\) + 6 \(H\)
\(C_{6}H_{12}O_{6}\) + 6 \(H_{2}O\) \(\longrightarrow\) 6 \(CO_{2}\) + 12 \(H_{2}O\)
6 \(CO_{2}\) + 6 \(H_{2}O\) \(\longrightarrow\) \(C_{6}H_{12}O_{6}\) + 6 \(O_{2}\)

L’énergie chimique est convertie en énergie cinétique et en énergie thermique.

7. Indiquer par quoi il faut remplacer les lettres A, B et C dans le diagramme suivant :

Pour couvrir ses besoins énergétiques, l’athlète consomme une boisson énergétique.
Durant une heure de course à pied, la dépense énergétique moyenne de l’athlète est d’environ \( 36 \: kJ \) par \( kg \) de masse corporelle.

Une athlète de \( 60 \: kg \) court pendant \( 21 \: min \).

8. Déterminer le nombre de verres de boisson énergisante nécessaires pour couvrir la dépense énergétique sachant qu’un verre de boisson énergisante apporte une énergie d’environ \( 276 \: kJ \) à l’athlète.
On considère que l'athlète boit entièrement chacun des verres, et on donnera le résultat sous forme entière sans préciser l'unité.