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Sujets et corrigés du bac de physique-chimie 2026

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Sujet Bac Corrigé - Cargo dirigeable - Amérique du Sud 2025 Jour 2 - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)

🎈 Un dirigeable gonflé à l'hélium pour transporter des charges lourdes : c'est l'exercice 3 du bac 2025 de physique-chimie en Amérique du Sud (jour 2), sur 5 points.

  • Hélium et poussée d'Archimède : équation d'état du gaz parfait et lecture de la masse volumique de l'air selon l'altitude.
  • Charge maximale : première loi de Newton en vol rectiligne uniforme.
  • Vidange du lest d'eau : débit volumique, relation de Bernoulli et durée minimale de vidange.

Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec chaque étape justifiée.

Fiche de cours

Mécanique des fluides — Terminale spécialité physique-chimie

L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.

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Cet exercice mobilise aussi : Deuxième loi de Newton · Thermodynamique

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Corrigé interactif · 9 questions

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Q1
Montrer que la masse d'hélium embarqué dans le dirigeable est proche de tonnes.

Données utiles ; ; ; ;

Q2
Choisir, en justifiant, l'expression vectorielle de la poussée d'Archimède exercée par l'air sur le dirigeable.
Q3
Calculer la valeur de la poussée d'Archimède exercée par l'air sur le dirigeable à une altitude de 3000 m.

Données utiles figure 1 ; ;

Q4
Préciser comment l'intensité de cette force évolue en fonction de l'altitude.
Q5
À l'aide d'une loi de Newton que l'on citera, déterminer la relation entre le poids du système et la poussée d'Archimède en vol rectiligne à altitude et vitesse constantes.
Q6
Vérifier que la charge maximale transportable par ce dirigeable à 3000 m d'altitude est proche de 60 tonnes.

Données utiles ; (Q1) ; avec (Q3)

Q7
En exploitant la conservation du débit volumique, montrer que la vitesse d'écoulement en A est négligeable par rapport à la vitesse en B.

Données utiles ;

Q8
En appliquant la relation de Bernoulli entre A et B, les pressions en A et B étant égales à la pression atmosphérique, montrer que .
Q9
Déterminer la durée minimale de la vidange de l'eau nécessaire au chargement du morceau de bois. Commenter le résultat obtenu.

Données utiles ; ; ; ;

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Cargo dirigeable : gaz parfait, poussée d'Archimède et Bernoulli

Le troisième exercice du bac 2025 de physique-chimie en Amérique du Sud (jour 2) compte 5 points, soit environ 53 minutes de travail. Il étudie un dirigeable de 180 000 m3 gonflé à l'hélium, conçu pour transporter de lourdes charges. On calcule la masse d'hélium, la poussée d'Archimède et la charge maximale, puis on étudie le système de lest : pour charger sans s'élever, le dirigeable vidange de l'eau. Cet exercice de mécanique des fluides fait appel à des raisonnements courts mais bien justifiés.

Hélium et poussée d'Archimède (questions 1 à 4)

La question 1 applique l'équation d'état du gaz parfait : mHe = P V MHe / (R T). Il faut convertir 1,1 bar en 1,1 × 105 Pa et 25 °C en 298 K ; avec M en g·mol-1, la masse sort en grammes, 3,2 × 107 g, soit 32 tonnes. La question 2 demande de choisir l'expression vectorielle de la poussée : elle est opposée à g, d'où le signe moins, et sa valeur est le poids de l'air déplacé, ρair V g. Vérifier l'unité permet d'éliminer les expressions fausses.

À la question 3, on lit sur la figure 1 une masse volumique de l'air d'environ 0,87 kg·m-3 à 3000 m, ce qui donne Pa = 1,5 × 106 N. Prendre la valeur au sol ou celle de l'hélium est le piège à éviter. La question 4 en déduit que la poussée diminue avec l'altitude, puisqu'elle est proportionnelle à ρair.

La charge maximale (questions 5 et 6)

La question 5 attend une rédaction complète : système, référentiel terrestre supposé galiléen, forces, puis la première loi de Newton. Le mouvement étant rectiligne uniforme, le poids et la poussée se compensent : Pa = P. La question 6 en tire la charge maximale : mcharge = ρair V - md - mHe, soit 60 tonnes. Deux erreurs guettent : oublier la masse de l'hélium, ou partir de la poussée arrondie, ce qui donne 56 t. Dans une différence, on garde les valeurs non arrondies.

La vidange du lest (questions 7 à 9)

La question 7 utilise la conservation du débit volumique : le rapport des vitesses est celui des sections, donc le carré du rapport des diamètres. Avec 3,0 m et 15 cm, vA vaut 2,5 × 10-3 vB et devient négligeable. La question 8 applique la relation de Bernoulli entre A et B : pressions égales, vitesse en A négligeable, il reste vB = √(2 g H). La question 9 assemble le tout : il faut évacuer 8 m3 d'eau pour une charge de 8 t, la vitesse de sortie vaut 24,2 m·s-1, le débit 0,43 m3·s-1, et la durée minimale environ 19 s.

Conseils pour cet exercice

Le commentaire final est noté : la durée trouvée est bien inférieure aux quelques minutes visées, et elle reste minimale car le modèle ignore les frottements de l'eau dans la conduite. Pour Bernoulli, procédez en trois temps : relation complète, justification de chaque terme supprimé, puis isolement de la grandeur cherchée. Convertissez toujours les centimètres en mètres avant de calculer une section.