Bac Physique-Chimie · Amérique du Sud 2025 · Jour 1 · Réf. 25-PYCJ1AS1

Exercice 1 — Tour Montparnasse

Mouvement d'un ascenseur (gaz parfait, statique des fluides, Newton), panneaux solaires et rénovation thermique.
11 points · 19 questions · Exercice 1 / 3

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Exercice 1 — Tour Montparnasse (11 points)

On étudie le mouvement d'un ascenseur (rez-de-chaussée → 56ᵉ étage) via le suivi de la pression, puis deux améliorations énergétiques (panneaux solaires, double vitrage).

1. Mouvement du grand ascenseur

Statique des fluidesP_B − P_A = ρ·g·(z_A − z_B)
g9,81 m·s⁻²
M(air)28,98 g·mol⁻¹
R8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹

Air = gaz parfait. Pression au pied ≈ 101 302 Pa, au sommet ≈ 99 028 Pa (figure 1). Programme Python : z=(p[0]−p[i+1])/(ρ·g), v=Δz/Δt.

v (m·s⁻¹)t (s)①②③④4,6
Figure 2 — v(t) : ① repos · ② accélère · ③ vitesse constante (≈4,6 m·s⁻¹) · ④ décélère.
a (m·s⁻²)t (s)+0,62−0,6
Figure 3 — a(t) : ①③ a≈0 · ② a > 0 (max ≈ 0,62) · ④ a < 0 (min ≈ −0,6).
Q1. Justifier que l'ascenseur monte (figure 1).
Q2. Équation d'état du gaz parfait (+ unités).
Q3. Montrer ρ_air = 1,184 kg·m⁻³ (à 25 °C).
Q4. Montrer h = (P₁−P₂)/(ρ_air·g).
Q5. Calculer h ; commenter.
Q6. Compléter la ligne 19 (accélération).
Q7. Nombre de valeurs d'accélération.
Q8. Décrire les 4 phases (figure 2).
Q9. Cohérence de la courbe d'accélération.
Q10. Associer un schéma de forces à chaque phase.
Q11. Estimer F_max (2ᵉ loi de Newton, ascenseur 2,0 t + 21 personnes).

2. Panneaux solaires

Conso tour : 35,75 GW·h·an⁻¹. Terrasse S = 1 700 m² ; panneau 1,980×1,002 m ; U_Pmax=38,4 V, I_Pmax=9,38 A à I=1,0 kW·m⁻². Énergie solaire annuelle ≈ 1 300 kW·h·m⁻².

Q12. Montrer P_élec ≈ 360 W.
Q13. En déduire r ≈ 18 %.
Q14. Énergie annuelle de l'installation ; commenter.

3. Rénovation thermique

Surface vitrée 40 000 m². Simple vitrage 4 mm de verre (λ=1,0). R_c=e/(S·λ). U_g(simple)=5,75 W·m⁻²·K⁻¹. Intérieur 20 °C ; extérieur < 20 °C pendant 279 jours (moyenne 11,3 °C).

Q15. Trois modes de transfert thermique.
Q16. R_c pour 1,00 m² de simple vitrage.
Q17. R_g pour 1,00 m² ; commenter.
Q18. Flux thermique (1,00 m², 11,3 °C).
Q19. Énergie économisée / an (double vitrage U=1,15) ; commenter.
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
La tour MontparnasseIdée : la pression atmosphérique diminue avec l'altitude (statique des fluides). Un smartphone qui monte mesure une pression qui baisse → on remonte l'altitude, la vitesse, l'accélération. va être rénovée. On étudie le mouvement d'un ascenseur (via la pression), puis des panneaux solaires et le double vitrage.
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