Il est possible d'explorer les mers et les océans à condition de disposer d'un équipement particulier et de respecter des règles de sécurité.
Partie 1 — Des bouteilles d'air comprimé pour respirer
Pour respirer sous l'eau, un plongeur utilise une bouteille dans laquelle de l'air est comprimé.
Quels sont les noms des deux constituants majoritaires de l'air ?
Dans les représentations suivantes les ronds noirs et les ronds blancs représentent des atomes différents.
Quelle est la représentation qui correspond à la modélisation microscopique de l'air ?
On modélise la respiration par une transformation chimique : du glucose (\ce{C6H12O6}) réagit avec du dioxygène (\ce{O2}) et il se forme du dioxyde de carbone (\ce{CO2}) et de l'eau (\ce{H2O}). L'équation de la réaction est :
\ce{C6H12O6} + 6 \ce{O2} \ce{->} 6 \ce{CO2}+ 6 \ce{H2O} (équation de réaction 1)
Quelle loi doivent respecter les éléments chimiques présents dans cette équation de réaction ?
Pour faire réagir 18,0 g de glucose, il faut 19,2 g de dioxygène. On obtient alors 10,8 g d'eau et une masse m de dioxyde de carbone.
Quelle est la masse m de dioxyde de carbone produite lors de la combustion de 18,0 g de glucose ?
Partie 2 - La détection des lieux de plongée
Pour connaître la profondeur d'un océan, on peut utiliser un sonar. Cet appareil émet un signal sonore de fréquence 40 kHz et il mesure la durée entre l'émission et la réception de ce signal.
D'après le document 1, à quel domaine appartient le signal sonore émis par un sonar ?
Document 1 : Domaine de fréquences sonores
Un plongeur débutant a pour projet d'explorer les fonds sous-marins à un endroit donné. À l'aide d‘un sonar, il mesure la durée t d'un aller-retour. Il obtient t = 0{,}040 \text{ s}.
Sachant qu'un plongeur débutant n'est pas autorisé à plonger à plus de 20 m de profondeur, cette plongée est-elle autorisée ou non ?
Donnée : vitesse des ultrasons dans l'eau : v =1\ 500 \text{ m/s}.
Partie 3 - Les paliers de décompression
Les plongeurs portent des plaquettes de plomb à leur ceinture qui leur permettent de stopper leur remontée à des profondeurs spécifiques appelées « paliers de décompression ».
Un plongeur immergé est soumis à deux forces :
- le poids du plongeur et de son équipement : force verticale, dirigée vers le bas ;
- la poussée d'Archimède exercée par l'eau sur le plongeur : force verticale, dirigée vers le haut.
Document 2 : Valeur de la poussée d'Archimède exercée sur un plongeur en fonction de son volume.
D'après le document 2, quelle est la valeur de la poussée d'Archimède subie par un plongeur d'un volume total (avec sa bouteille) égal à 100 L ?
Lors d'un palier de décompression, le poids du plongeur et la poussée d'Archimède doivent avoir la même valeur. Pour ajuster la valeur du poids, plusieurs plaquettes de plomb sont ajoutées à la ceinture du plongeur.
Quel est le nombre de plaquettes de plomb que doit porter le plongeur de la question précédente au cours d'un palier de décompression ?
Données :
- Masse du plongeur avec sa bouteille : m_1 = 96 \text{ kg}.
- Masse d'une plaquette de plomb : m_2 = 1 \text{ kg}.
- Intensité de la pesanteur : g= 10 \text{ N/kg}.