Bicycle Moto cross : un exercice de 11 points en trois temps

Le premier exercice du bac 2023 de physique-chimie en Amérique du Nord (jour 2) vaut 11 points sur 20, soit un peu moins de deux heures de travail. Il suit un pilote de BMX depuis la grille de départ jusqu'au bain d'eau froide qui suit la course. Seize questions s'enchaînent autour de trois chapitres : le son, la mécanique et la thermodynamique. Les questions sont courtes, mais chaque partie demande une méthode bien rodée.

Partie 1 : le signal de départ et le niveau sonore

Les questions 1 et 2 portent sur le niveau d'intensité sonore. L'atténuation du casque se retranche du niveau incident : 83 dB moins 10 dB donnent 73 dB pour le premier pilote. Pour le huitième pilote, la formule donnée fait intervenir le rapport des distances à la source. Le piège principal consiste à prendre 7,0 m au lieu de 11,0 m : les distances se comptent depuis le haut-parleur. On trouve alors 74 dB incidents et 64 dB transmis, un son encore audible mais nettement plus faible. Les questions 3 et 4 sont qualitatives : deux haut-parleurs aux extrémités rendent le départ plus équitable (niveaux et retards voisins), et la lumière, bien plus rapide que le son, arrive quasi instantanément à tous les pilotes.

Partie 2 : la descente et le saut

La question 5 demande d'appliquer le théorème de l'énergie cinétique entre A et B. Il faut justifier que la vitesse initiale est nulle, que la réaction ne travaille pas et que le travail du poids est moteur dans une descente. La question 6 donne un travail de la force motrice d'environ 6,1 × 10³ J, à condition de convertir 61 km/h en m/s : oublier la conversion fausse complètement le résultat. La question 7 relie ce travail à une puissance d'environ 2,2 × 10³ W, bien comprise dans l'intervalle annoncé.

Les questions 8 à 10 constituent le cœur classique de l'exercice : établir les équations horaires d'un mouvement dans le champ de pesanteur par la deuxième loi de Newton, avec deux intégrations successives et des constantes fixées par les conditions initiales. Le modèle prévoit une portée de 13 m, supérieure aux 7,0 m entre les sommets : le saut est réussi. Attention au mode de la calculatrice, qui doit être en degrés. La réalité (environ 8,0 m) montre que le modèle surestime la portée, notamment parce qu'il néglige l'action de l'air.

Partie 3 : la récupération dans l'eau froide

Les questions 11 à 16 relèvent de la thermodynamique : citer conduction, convection et rayonnement, écrire le premier principe sous la forme ΔU = Q pour un système incompressible, puis exprimer le flux thermique. La question 15 est le calcul le plus piégeux : il faut convertir 10 min en 600 s et 347 kJ/K en J/K, et décider du signe du flux, car le pilote cède de l'énergie à l'eau. Le modèle conduit à 29 °C, une valeur irréaliste que la question 16 invite à critiquer : le corps produit de l'énergie et régule sa température.

Conseils pour réussir cet exercice

Soignez les conversions d'unités, qui concentrent la plupart des erreurs. Rédigez la deuxième loi de Newton avec l'enchaînement complet : système, référentiel, forces, projection, intégrations. Enfin, dans les questions de critique du modèle, comparez d'abord les valeurs chiffrées avant de proposer une explication physique.