Devoir bilan corrigé de physique-chimie (Sixième)

a) $254-154 = 100\ \mathrm{g}$. La masse du contenu s'obtient toujours en retirant la masse du récipient de celle de l'ensemble, et c'est exactement ce que fait la touche TARE d'une balance électronique.

b) Le bas du ménisque se trouve exactement sur la graduation $100$, donc l'éprouvette contient $100\ \mathrm{mL}$.

c) $100\ \mathrm{mL}$ d'eau ont une masse de $100\ \mathrm{g}$, ce qui est bien la valeur trouvée à la question a. Les deux mesures, faites avec deux instruments différents, se confirment l'une l'autre. Attention, cette égalité entre millilitres et grammes ne vaut que pour l'EAU : $100\ \mathrm{mL}$ d'huile ont une masse plus faible.

d) La MASSE, mesurée avec une balance, s'écrit en grammes et en kilogrammes. Le VOLUME, mesuré avec une éprouvette graduée, s'écrit en litres et en millilitres. La masse dit la quantité de matière présente, le volume dit la place qu'elle occupe : deux objets de même masse peuvent occuper des places très différentes.

e) La masse ne change pas : c'est toujours la même eau, donc toujours $100\ \mathrm{g}$. Le volume ne change pas non plus, toujours $100\ \mathrm{mL}$. Seule la FORME change, puisque le liquide épouse celle de son nouveau récipient, et la hauteur de la surface sera plus basse dans un récipient plus large.

a) Elle est passée de l'état LIQUIDE à l'état SOLIDE : c'est la SOLIDIFICATION. Le changement inverse, du solide au liquide, est la fusion.

b) Toujours $200\ \mathrm{g}$. La bouteille est fermée, donc rien n'est entré ni sorti; ce sont exactement les mêmes particules d'eau, simplement rangées autrement. La masse se conserve dans tout changement d'état, à condition que le récipient soit fermé.

c) Non, le volume AUGMENTE d'environ $9\ \%$ quand l'eau gèle. C'est un cas très particulier, la plupart des matières se contractent en gelant. Une bouteille remplie à ras bord et fermée risque donc de se déformer ou d'éclater, et c'est aussi pourquoi un glaçon flotte.

d) Elle est passée à l'état GAZEUX et s'est mélangée à l'air de la pièce, sous forme de vapeur d'eau invisible. Ce changement d'état s'appelle l'ÉVAPORATION, et il se produit à toute température, pas seulement à l'ébullition.

e) La masse a bel et bien été conservée : elle a simplement quitté la bouteille. Si l'on pouvait peser la bouteille ET tout l'air de la pièce, on retrouverait les $200\ \mathrm{g}$ du départ. La masse ne se conserve que dans un récipient FERMÉ, et l'expérience de la bouteille ouverte n'est pas un contre-exemple, c'est un rappel de la condition.

a) Les points sont alignés, donc la trajectoire est RECTILIGNE.

b) Les photographies sont prises à intervalles de temps ÉGAUX. Si les points s'écartent, c'est que la bille parcourt de plus en plus de distance pendant la même durée : elle va donc de plus en plus vite, le mouvement est ACCÉLÉRÉ. C'est bien ce qu'on attend d'une bille lâchée sur une pente.

c) Il y a huit positions, donc sept intervalles de $0{,}1\ \mathrm{s}$ : la durée totale vaut $7\times 0{,}1 = 0{,}7\ \mathrm{s}$. L'erreur classique est de compter huit intervalles au lieu de sept, comme pour les piquets d'une clôture.

d) $28\div 0{,}7 = 40\ \mathrm{cm}$ par seconde, ce qui s'écrit $40\ \mathrm{cm/s}$, soit $0{,}40\ \mathrm{m/s}$. Cette vitesse est une MOYENNE : la bille était plus lente au départ et plus rapide à l'arrivée, et elle n'a valu exactement $40\ \mathrm{cm/s}$ qu'à un seul instant du trajet.

e) Par rapport à la planche, elle est en mouvement, puisque sa position sur la planche change. Par rapport à l'appareil photo, qui est fixe, elle est également en mouvement, et c'est pour cela que les images successives ne se superposent pas. Par rapport à la seconde bille, immobile sur la planche, elle est aussi en mouvement : la distance qui les sépare change à chaque instant.

a) Du plus lent au plus rapide : Nour, Ilyas, l'autobus, la voiture. C'était immédiat parce que les quatre durées sont ÉGALES : à durée égale, le plus rapide est simplement celui qui parcourt la plus grande distance.

b) $1200\div 15 = 80\ \mathrm{m}$ par minute. Comme une minute vaut $60\ \mathrm{s}$, cela fait $80\div 60 \approx 1{,}3$, soit environ $1{,}3\ \mathrm{m/s}$, la vitesse d'un marcheur ordinaire.

c) $3600\div 15 = 240\ \mathrm{m}$ par minute, soit $240\div 60 = 4\ \mathrm{m/s}$. Le rapport vaut $3600\div 1200 = 3$ : Ilyas va exactement trois fois plus vite que Nour, ce qui se lit directement sur les distances puisque les durées sont les mêmes.

d) Une heure vaut quatre quarts d'heure, donc $4\times 25\,000 = 100\,000\ \mathrm{m}$, soit $100\ \mathrm{km}$. La voiture roule donc à environ $100\ \mathrm{km/h}$.

e) Elle était immédiate parce que les durées étaient toutes égales à $15$ minutes. Si les durées différaient, comparer les distances ne voudrait plus rien dire, et il faudrait ramener chaque trajet à la MÊME durée de référence, une seconde ou une heure, avant de comparer. C'est précisément à cela que sert une vitesse.

a) La lampe de poche par une pile; le réfrigérateur par une prise, donc par le réseau électrique; la voiture par l'essence de son réservoir; le cycliste par ses repas; la calculatrice par la lumière de la pièce, grâce à sa petite cellule photovoltaïque.

b) Renouvelables : le vent, l'eau des rivières, le Soleil. Non renouvelables : le charbon, le pétrole, l'uranium. Le critère n'est pas la propreté mais la vitesse de reconstitution du stock.

c) Non. L'électricité ne se trouve pas dans la nature sous une forme utilisable : il faut la produire dans une centrale à partir d'une vraie source. C'est un moyen de TRANSPORTER l'énergie jusqu'au lieu où elle servira, ce qui explique qu'une prise ne soit que le bout d'un fil.

d) Les deux font tourner une TURBINE qui entraîne un ALTERNATEUR : la fin de la chaîne est identique. Ce qui les distingue est le début, c'est-à-dire ce qui fait tourner la turbine : l'eau qui tombe du barrage dans un cas, la vapeur produite en brûlant du charbon dans l'autre. D'où deux sources très différentes, l'une renouvelable, l'autre non.

e) Le vent naît de ce que le Soleil ne chauffe pas la Terre partout de la même façon : l'air chaud s'élève, l'air froid vient prendre sa place, et ce déplacement est le vent. L'eau des rivières vient de la pluie, donc de l'eau que le Soleil a évaporée des océans et qui est retombée en altitude. Sans Soleil, ni l'un ni l'autre n'existerait.

a) Le modèle 1, avec $130\ \mathrm{kWh}$ par an. Le modèle 3 le dépasse de $390-130 = 260\ \mathrm{kWh}$ par an, soit deux fois la consommation annuelle complète du modèle 1.

b) $390\div 130 = 3$ exactement : le modèle 3 consomme trois fois plus que le modèle 1. La lettre de l'étiquette donne l'ordre, le nombre donne l'ampleur, et les deux se lisent ensemble.

c) Modèle 1 : $10\times 130 = 1300\ \mathrm{kWh}$. Modèle 2 : $10\times 195 = 1950\ \mathrm{kWh}$. Modèle 3 : $10\times 390 = 3900\ \mathrm{kWh}$. Sur dix ans, l'écart entre le premier et le dernier atteint $2600\ \mathrm{kWh}$.

d) Non. Un appareil coûte deux fois : à l'achat, puis chaque année tant qu'il fonctionne. Pour trancher il faudrait connaître les trois prix d'achat et le prix du kilowattheure, puis comparer le total sur les dix ans. C'est justement pour rendre ce calcul possible que l'étiquette affiche la consommation annuelle.

e) Avec le modèle 1 : $60\div 130 \approx 0{,}46$, soit environ $46\ \%$ de sa consommation, contre $60\div 195 \approx 31\ \%$ pour le modèle 2 et $60\div 390 \approx 15\ \%$ pour le modèle 3. Un même gain pèse d'autant plus lourd que l'appareil consomme peu, ce qui ne signifie évidemment pas qu'il vaudrait mieux acheter le modèle le plus gourmand.

a) À $13$ h, car c'est le relevé où l'ombre est la plus COURTE, $3{,}00\ \mathrm{m}$ contre $7{,}50$ et $8{,}00\ \mathrm{m}$. Plus le Soleil est haut, plus l'ombre est courte : la longueur de l'ombre est donc une mesure indirecte de la hauteur du Soleil.

b) L'ombre se forme du côté opposé au Soleil. Si elle pointe vers l'ouest à $8$ h, c'est que le Soleil est à l'EST, ce qui est bien la direction où il se lève. À $18$ h, l'ombre pointe vers l'est, donc le Soleil est à l'OUEST, du côté où il se couche.

c) L'ombre raccourcirait encore. Si le Soleil passait exactement à la verticale du poteau, l'ombre disparaîtrait complètement, mais cela ne se produit jamais dans une ville comme Montréal ou Paris : le Soleil y reste toujours incliné, même à son point le plus haut.

d) Le poteau est fixe, mais la source de lumière ne l'est pas : le Soleil paraît se déplacer d'est en ouest, donc l'ombre tourne et change de longueur tout au long de la journée.

e) Il suffit de repérer, sur plusieurs jours, la direction dans laquelle l'ombre est la plus courte, et de tracer cette direction au sol. Chaque fois que l'ombre revient sur ce trait, il est midi solaire. C'est le principe du cadran solaire, et sa double limite est connue : rien la nuit, rien par temps couvert.

1) Faux. Un gaz est de la matière : il occupe un volume, et surtout il a une masse, environ $1{,}2\ \mathrm{g}$ pour un litre d'air. On peut le vérifier en pesant un ballon dégonflé puis gonflé. Correction : « un gaz est de la matière, même s'il est invisible ».

2) Incomplet, donc faux. Il manque l'objet de référence. Par rapport à son siège, Léa est immobile; par rapport à la chaussée, elle est en mouvement. Correction : « elle est immobile par rapport à l'autobus, et en mouvement par rapport au sol ».

3) Faux. L'électricité doit être produite dans une centrale à partir d'une source, eau, vent, Soleil, gaz, charbon ou uranium : c'est un moyen de transporter l'énergie, pas une source. Correction : « l'électricité est produite à partir d'une source et transporte l'énergie jusqu'à nous ».

4) Faux. Le Soleil éclaire sans interruption la moitié de la Terre. La nuit vient de la rotation de la Terre, qui fait passer notre lieu du côté non éclairé. Correction : « la nuit, notre lieu se trouve du côté de la Terre qui n'est pas éclairé ».

5) Faux. $5\ \mathrm{m/s}$ signifie $5$ mètres CHAQUE seconde, et non $5$ mètres en tout : en $4\ \mathrm{s}$ l'objet parcourt $20\ \mathrm{m}$. Correction : « l'objet parcourt $5$ mètres par seconde ».

a) $2{,}4\ \mathrm{km} = 2400\ \mathrm{m}$, donc $2400\div 30 = 80\ \mathrm{m}$ par minute. Comme une minute vaut $60\ \mathrm{s}$, cela fait $80\div 60 \approx 1{,}3$, soit environ $1{,}3\ \mathrm{m/s}$ : c'est bien l'allure d'un groupe qui marche.

b) $0{,}75\ \mathrm{L} = 750\ \mathrm{mL}$, donc la gourde contient $750\ \mathrm{g}$ d'eau, soit $0{,}750\ \mathrm{kg}$. Il faudrait y ajouter la masse de la gourde elle-même pour connaître la masse totale portée.

c) $24\times 750 = 18\,000\ \mathrm{g}$, soit $18\ \mathrm{kg}$ d'eau pour l'ensemble du groupe. C'est autant qu'un gros bagage de soute, réparti sur vingt-quatre sacs.

d) Celle des élèves vient de leurs ALIMENTS, c'est-à-dire, en remontant la chaîne, du Soleil qui a fait pousser les plantes. Celle de l'autobus viendrait de son carburant, tiré du pétrole, une source non renouvelable, ou de sa batterie si l'autobus est électrique, auquel cas l'énergie aurait été produite dans une centrale.

e) L'ombre est plus courte à $13$ h parce que le Soleil est alors plus HAUT dans le ciel qu'à $10$ h. À $16$ h, le Soleil a commencé à redescendre vers l'ouest : l'ombre sera donc de nouveau plus longue qu'à $13$ h, et elle aura aussi changé de direction, pointant maintenant vers l'est.

a) Une ÉTOILE produit elle-même sa lumière, comme le Soleil. Une PLANÈTE tourne autour d'une étoile et ne produit pas de lumière, elle renvoie celle de son étoile. Un SATELLITE tourne autour d'une planète, comme la Lune autour de la Terre.

b) Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

c) $150$ millions de kilomètres valent $150\,000\,000\ \mathrm{km}$, et $150\,000\,000\div 384\,000 \approx 390$. La Lune est donc environ quatre cents fois plus proche que le Soleil. C'est d'ailleurs une coïncidence remarquable : le Soleil est aussi environ quatre cents fois plus grand qu'elle, ce qui fait que les deux astres nous paraissent de la même taille dans le ciel.

d) L'alternance du jour et de la nuit vient de la rotation de la Terre SUR ELLE-MÊME, en $24\ \mathrm{h}$. Les saisons viennent du tour de la Terre AUTOUR DU SOLEIL en un an, combiné à l'INCLINAISON de son axe, qui garde toujours la même direction : c'est cette inclinaison, et non la distance, qui fait qu'un hémisphère est plus exposé que l'autre selon la saison.

e) Parce que les distances sont trop différentes les unes des autres. Si l'on place le Soleil et la Terre aux deux bords d'une feuille de $30\ \mathrm{cm}$, la Lune se trouve à moins d'un millimètre de la Terre, et les trois astres deviennent des points invisibles à cette échelle. Il faut donc choisir : respecter les distances, ou montrer les astres. Les dessins des livres choisissent la seconde solution, et il faut le savoir en les lisant.