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Exercice Première Spécialité - 2013 - Ex 4 : Calculs de débits et ordres de grandeur

Prêt à dompter le débit de l'Amazone ? 🌊

Plonge au cœur des mathématiques appliquées avec cet exercice captivant ! Que tu sois futur ingénieur ou passionné de sciences, savoir manipuler les ordres de grandeur et les puissances de 10 est un atout indispensable pour ta réussite en Première Spécialité. 🚀

  • Apprends à structurer un raisonnement logique. 🧠
  • Maîtrise les conversions de volumes géants. 📏
  • Prépare-toi aux défis de modélisation du Bac. 🎓

Relève le défi et vérifie si tes calculs coulent de source ! 💪✨

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Analyse de l'énoncé : La modélisation par les ordres de grandeur

Cet exercice, bien qu'initialement posé lors d'une session de Brevet, constitue un excellent test de réflexes pour un élève de Première Spécialité Mathématiques. Il ne s'agit pas ici de résolution d'équations complexes ou de dérivation, mais de modélisation algorithmique de données réelles. L'enjeu est de structurer une suite d'opérations logiques pour passer d'un débit instantané (par seconde) à une capacité annuelle globale, tout en gérant des unités hétérogènes (mètres cubes, litres, mois, années).

Points de vigilance et notions requises

Pour réussir ce type d'exercice, plusieurs compétences transversales du programme de spécialité sont sollicitées :

  • Maîtrise des puissances de 10 : Les nombres manipulés dépassent les milliards ; l'usage de la notation scientifique est impératif pour éviter les erreurs de saisie.
  • Conversions d'unités de volume : Il est crucial de se rappeler que $1 \text{ m}^3 = 1\,000 \text{ dm}^3 = 1\,000 \text{ L}$.
  • Analyse dimensionnelle : Transformer un débit en volume total nécessite une multiplication par une durée exprimée dans la même unité de temps.

Guide de résolution détaillé

La résolution peut être décomposée en trois étapes majeures, semblables à la structure d'un script Python que l'on pourrait écrire pour automatiser ce calcul.

1. Calcul du volume annuel de l'Amazone

Le débit est de $190\,000 \text{ m}^3/s$. Convertissons-le d'abord en Litres : $190\,000 \times 1\,000 = 1,9 \times 10^8 \text{ L/s}$.

Calculons ensuite le nombre de secondes dans une année (365 jours) : $T = 365 \times 24 \times 3\,600 = 31\,536\,000 \text{ s}$. En notation scientifique, on arrondira à $3,15 \times 10^7 \text{ s}$.

Le volume total annuel $V_{total}$ est donc : $V_{total} \approx (1,9 \times 10^8) \times (3,15 \times 10^7) \approx 6 \times 10^{15} \text{ Litres}$.

2. Calcul de la consommation annuelle d'un foyer

Un foyer consomme $10\,000 \text{ L/mois}$. Sur un an (12 mois), la consommation est de : $V_{foyer} = 10\,000 \times 12 = 120\,000 \text{ L/an}$, soit $1,2 \times 10^5 \text{ L/an}$.

3. Détermination de l'ordre de grandeur

Le nombre de foyers $N$ est le quotient du volume total par la consommation individuelle : $N = \frac{6 \times 10^{15}}{1,2 \times 10^5} = 5 \times 10^{10}$.

Conclusion : Le fleuve Amazone pourrait alimenter environ 50 milliards de foyers en un an. L'ordre de grandeur est de $10^{10}$ ou $10^{11}$ selon les arrondis de temps choisis (année bissextile ou non).

Pourquoi cet exercice en Première ?

L'introduction de l'algorithmique et du langage Python en classe de Première demande aux élèves de savoir décomposer un problème complexe en étapes simples. Cet exercice est le parfait exemple d'un algorithme de type "Séquence" où chaque résultat intermédiaire est stocké dans une variable avant d'aboutir au résultat final. C'est aussi un excellent entraînement pour la physique-chimie, discipline souvent associée à la spécialité mathématiques.