2nde   

« Thème 2 – Le sport  »  

Livret 1 / les TP 

Sommaire 

 

Page 3 :    TP/ Les mouvements 

Page 5 :    TP/ Etude d’une force, le poids d’un objet 

Page 7 :    TP/ Etude d’une force, la poussée d’Archimède 

Page 8 :    TP/ Le curling et le principe d’inertie 

Page 10 :   TP/ La chute des corps 

Page 12 :   TP/ Pression des gaz et sport en altitude 

Page 16 :   TP/ La pression en plongée 

 

 

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale Les mouvements

A / Etude de mouvements à l’aide de chronophotographies

Caractérisation des mouvements

Dans une chronophotographie, l’intervalle de temps entre la prise de chaque photo est le même

On a réalisé ci-dessous la chronophotographie d’une moto.La durée entre deux images consécutives est : = 40 ms

→ Observez les distances qui séparent un point du casque sur les différentes photos. Qu’ont-elles de particulier ?

→ Que peut-on dire des vitesses instantanées de la moto ?

→ Qualifier les mouvements à l’aide des mots suivants :

- Liste 1 : rectiligne, parabolique, circulaire, curviligne

- Liste 2 : accéléré, uniforme, varié, ralenti

La vitesse moyenne

La moto, des chronophotographies ci-dessus, a un empattement de 1,5 m.

→ Rappeler la définition de la vitesse moyenne.

→ Que peut-on dire de la vitesse moyenne de la moto dans les 3 cas ? Justifier

→ Déterminer l’échelle des documents 1, 2 et 3.

→ Calculer la vitesse moyenne en m.s-1, puis en km.h-1 de la moto

B / Relativité du mouvement

A l’aide d’un logiciel de traitement de vidéos, étudions la chute d’une balle lâchée d’un vélo, lancée d’un vélo ainsi que le mouvement de la roue de vélo

→ Compléter les tableaux suivants :

Référentiels Le vélo Un observateur terrestre

Mouvement de la balle Trajectoire de la balle Mouvement de la balle Trajectoire de la balle

Référentiels

Le vélo Un observateur terrestre Mouvement de la balle Trajectoire de la balle Mouvement de la balle Trajectoire de la balle

Référentiels Le vélo Un observateur terrestre mouvement trajectoire mouvement trajectoire

Centre de la roue P1

Valve P2

→ Que peut-on conclure de ces différentes observations ?

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale Etude d’une force, le poids d’un objet

Relation entre le poids et la masse

→ Réécrire et compléter les phrases suivantes :

Le poids d’un corps est une force : son unité est donc le .................. dont le symbole est ....

L’appareil servant à la mesure du poids d’un corps est ............................

L’appareil servant à la mesure de la masse d’un corps est ............................ EXP : Suspendre différentes mas-ses marquées à un dynamomètre ; pour chaque masse marquée, rele-ver la masse et le poids ; indiquer les valeurs dans un tableau

→ Tracer la courbe représentant les variations du poids en fonction de la masse

→ Pourquoi peut-on dire qu’il y a proportionnali-té entre P et m ?

→ Quelle relation peut-on écrire entre P et m ?

→ A l’aide de la courbe, calculer le coefficient de proportionnalité entre m et P. Comment ap-pelle-t-on ce coefficient de proportionnalité ?

Le vecteur poids

→ Donner les caractéristiques (point d’application, direction, sens et valeur) du vec-teur poids d’un enfant de masse 30 kg (on prendra g = 10 N.kg-1)

→ Représenter le vecteur poids sur la figure de l’enfant après avoir indiqué l’échelle utilisée.

Variation de g

▪ Variation de g à la surface de la Terre

(1) Suivant la latitude

On peut montrer que la valeur de g sur le sol de la Terre est donnée par la relation G : constante G = 6,67x10-11 SI Mterre = 5,97 x 1024 kg

2Terre

d

MGg

d : distance entre le centre et la surface de la Terre (m)

remarque : la Terre n’étant pas parfaitement sphérique (aplatissement aux pôles) la distance d n’est pas partout la même

→ Calculer la valeur de g à l’équateur (d = 6380 km), à Paris (d = 6370 km) et aux pôles (d = 6365 km) ; récapituler les valeurs dans un tableau

→ Comparer les valeurs obtenues. A quel endroit sur Terre a-t-on la plus grande valeur de g ? La plus petite ?

(2) Suivant l’altitude

→ Recopier le tableau ci-dessous :

Lyon Mont Blanc Everest 169 m 4 807 m 8 850 m

g = 9,806 N.kg-1 g = 9,792 N.kg-1 g = 9,779 N.kg-1

→ Comment varie la valeur de g avec l’altitude ?

▪ Variation de g suivant l’astre

On peut montrer que la valeur de g sur le sol d’un astre de masse M et de rayon R est donnée par la relation

G : constante G = 6,67x10-11 SI Mastre : masse de l’astre (kg)

2astre

R

MGg

R : rayon de l’astre (m)

Mastre R

Jupiter 1,9.1027 kg 7,1.107 m Lune 7,4.1022 kg 1,75.106 m

→ Calculer les valeurs de g sur la Lune et sur Jupiter puis recopier et compléter le tableau ci-dessous :

Valeur de l’intensité de la pesanteur g Lune Mercure Mars Vénus Terre Saturne Jupiter 2,9 N/kg 3,6 N/kg 8,3 N/kg 9,8 N/kg 11 N/Kg ▪ Conséquences des variations de g

Sur la Terre sur la Lune sur Jupiter

Valeur de g g ~ 9,8 N.kg-1

Valeur de P

Les 19ième jeux olympiques se passèrent à Mexico en 1968.

→ Calculer les valeurs du poids d’une personne de masse 60 Kg, sur la Terre, sur la Lune et sur Jupiter ; recopier et compléter le tableau ci-contre

L'air raréfié de Mexico (à l’altitude de Mexico, l'air contient 30% d'oxygène de moins qu'au niveau de la mer) s'avé-ra désastreux pour de nombreux athlètes prenant part à des épreuves d'endurance.

Par contre, la faible valeur de g à Mexico (altitude élevée + proximité de l’équateur) amena des records du monde dans:

- le saut en longueur (record battu de 55 cm)

Le saut spectaculaire de Bob Beamon de 8,90 m devait durer vingt-deux ans comme record du monde. Beamon a battu le record du monde du saut en longueur de 55 cm alors que le record n’avait progressé que de 8 cm au cours des dernières années

- le saut en hauteur (record battu de 11 cm)

Avant les Jeux, Fosbury n'avait jamais passé 2,13 m. A Mexico, il remporta l'épreuve, à la surprise générale, en passant 2,24 m (nouveau record olympique et nouveau record des Etats-Unis).

- le triple saut (record battu de 36 cm)

→ Comment peut-on expliquer les différents records obtenus lors des jeux olympiques de Mexico

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale Etude d’une force, la poussée d’Archimède

Etape 1

On désire déterminer liquide la masse vo-lumique d’un liquide vert

Vous disposez du matériel suivant :

- une balance

- une pipette jaugée de 25 mL avec son pipeteur

- un bécher contenant du liquide vert

- un bécher vide

→ indiquer le protocole à réaliser (utiliser des verbes à l’infinitif et aller à la ligne à chaque nouvelle action)

→ réaliser le protocole.

→ noter les résultats des mesures et calculer liquide en g/mL

→ exprimer le résultat en kg/m3 sachant que 1 g/mL = 103 kg/m3

Etape 2

On désire déterminer Vcylindre, le volume d’un cylindre

Vous disposez du matériel suivant :

- un cylindre

- une éprouvette graduée

- de l’eau

→ indiquer le protocole à réaliser (utiliser des verbes à l’infinitif et aller à la ligne à chaque nouvelle action)

→ réaliser le protocole et en déduire Vcylindre en mL

→ exprimer le résultat en m3 sachant que 1 mL = 10-6 m3

Etape 3

On désire déterminer expérimentalement la valeur de la poussée d’Archimède qui s’exerce sur le cylindre lorsqu’on le plonge dans le li-quide vert.

→ Accrocher le cylindre à un dynamomètre et noter son poids P

→ Verser du liquide vert dans une grande éprouvette

→ Plonger le cylindre (toujours accroché au dynamomètre) dans l’éprouvette et noter la nou-velle valeur indiquée par le dynamomètre P’

Le dynamomètre donne maintenant la valeur de ce que l’on appelle « poids apparent » du cylin-dre.

→ Calculer la valeur PA de la poussée d’Archimède qui s’exerce sur le cylindre sachant que l’on a la relation :

APP'P

Etape 4

On désire vérifier, par le calcul, la valeur de la poussé d’Archimède déterminée expé-rimentalement dans l’étape 3

Rappel :

la valeur de la poussée d’Archimède PA qui s’exerce sur un cylindre de volume Vcylindre (en m3) plongé dans un liquide de masse volumique liquide (en kg/m3) est donnée par la relation :

gVP cylindreliquideA

→ A l’aide des valeurs déterminées dans les étapes 1 et 2, calculer PA si g = 10 N.kg-1

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale Le curling et le principe d’inertie

Le centre d’inertie

→ À l’aide la vidéo visualisée, donner la définition du centre d’inertie

→ Déterminer le centre d’inertie des objets dont les chronophotographies sont données en annexe

Etude expérimentale

- On attache autour d'un mobile autoporteur un fil que l’on fait passer dans la gorge d’une poulie et au bout duquel on fixe une masse

- On place un support horizontal sous la masse

- On actionne le coussin d'air, on met en route l'enregistrement et on lâche le mobile sans vitesse initiale.

On distingue 3 étapes dans l'étude du mouvement du mobile :

1ère étape 2nde étape 3ème étape

le dispositif à « coussin d’air » n’est pas enclenché

le dispositif à « coussin d’air » est enclenché ; le palet est entrainé par la masse, le fil est tendu

la masse marquée repose sur le support horizontal, le fil n’est plus tendu

2nde étape

3ème étape

→ Répondre aux questions suivantes pour les 3 étapes :

- Faire le bilan des actions mécaniques qui s'exercent sur le mobile; en déduire les forces correspondantes.

- Représenter les forces sur le schéma.

- Faire la somme vectorielle des forces

- Que peut-on dire du mouvement du mobile (trajectoire et vitesse) ?

Une partie de Curling

Le curling est un jeu d'équipe qui se pratique sur une piste de glace. Il consiste à faire glisser des "pierres", dotées d’une poignée, pesant environ 20 kg, et à faire en sorte qu’elles s’arrêtent le plus près possible de la cible dessinée sur la glace.

1ère étape 2ème étape 3ème étape 4ème étape

Avant d’être lancé sur la glace, le palet est au repos

Le palet est maintenant mis en mouvement par un joueur qui le pousse

Le palet est lancé. Il glisse d’un mouvement rectiligne, la valeur de sa vitesse diminue.

Des joueurs balayent devant le palet

→ Répondre aux questions suivantes pour les 4 étapes :

- Faire le bilan des actions mécaniques qui s'exercent sur le mobile; en déduire les forces correspondantes.

- Représenter les forces sur le schéma.

- Faire la somme vectorielle des forces

- Que peut-on dire du mouvement du mobile (trajectoire et vitesse) ?

Le principe d’inertie

→ Enoncer le principe d’inertie

→ Vérifier le principe d’inertie à l’aide des différents cas étudiés précédemment

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale La chute des corps

Temps du saut (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Altitude (m ) 4000 3889 3644 3341 3014 2675 2330 1985 1640

Vitesse (m.s-1)

Vitesse (km.h-1)

 

Le saut en parachute

Avant ouverture du parachute extrait d’un site web proposant des baptêmes en parachute

« Voici certainement le moyen le plus simple afin de surprendre vos proches … Osez, Offrez la « chute libre » en parachute biplace ! Laissez-vous tenter par un saut en parachute tandem, pour une véritable montée d'adrénaline et un pur instant de magie. Dès votre arrivée parmi nous, vous êtes pris en charge par un de nos professionnels. Après un briefing au sol vous ayant présenté le matériel, la position ainsi que le déroulement du saut, vous embarquez pour une montée en avion afin de rejoindre 3000 m à 4000m suivant les autorisations du contrôle aérien… La porte s'ouvre, premier grand frisson… Profitez pleinement de la chute libre, de ce pur instant de bonheur et de liberté : environ 200 km/h pendant 40 à 50 secondes inoubliables... 1500 m, le parachute s'ouvre, admirez à présent le paysage lors de la descente sous voile ouverte que vous pourrez piloter »

On donne dans le tableau ci-dessus l’altitude du parachutiste suivant son temps de chute, avant l’ouverture du parachute

(1) Calculer la vitesse moyenne du parachutiste toutes les 5 s

Données :

1 m/s = 3,6 km/h

(2) Tracer le graphique de la vitesse en fonction du temps. Commenter le graphique obtenu

Échelle :

Abscisse : 1 cm pour 5 s Ordonnée : 1 cm pour 20 km/h

(3) Quelles sont les forces qui s’exercent sur le parachutiste lors de sa chute ? Ces forces se compensent-elles au cours du mouvement ? Justifier

(4) Représenter ces forces sur les figures ci-dessus. Quelle est la particularité de la force de frottement ?

De 0 à 25 s A partir de 30 s

Après ouverture du parachute

Deux élèves discutent d’un reportage sur le parachutisme et du mouvement des parachutistes au cours de leur chute…

Un parachutiste A est filmé par un caméraman B qui chute avec lui avec une vitesse identique ; à un moment donnée, le parachutiste A ouvre son parachute alors que B n’ouvre pas le sien. → Indiquer ce que voient un observateur terrestre et le caméraman B, observant le parachutiste A, dans les deux cas suivants :

- avant l’ouverture du parachute de A

- après ouverture du parachute de A

Chute d’une bille

On étudie grâce à une vidéo, le mouvement d’une bille qui chute dans un tube contenant du glycérol (liquide visqueux)

Etude du dispositif

Rayon de la bille : R = 0,60 cm

Masse de la bille : m = 6,9 g

Masse volumique du glycérol : ρ = 1070 kg/m3

Rappel :

gVP billeliquideA

Volume d’une bille de rayon R :

3R3

4V

(1) Calculer le poids P de la bille

(2) Calculer Vbille, le volume de la bille ; exprimer le résultat en m3

(3) Calculer la valeur PA de la poussée d’Archimède

(4) Pourquoi peut-on dire que la poussée d’Archimède est négligeable devant le poids de la bille ?

(5) Quel devrait-être le mouvement de la bille dans le tube, si on considère qu’elle est soumise qu’à la seule action de son poids ?

Etude de la trajectoire

Un logiciel de pointage permet d’obtenir l’enregistrement donné en annexe

Données :

- l’intervalle de temps entre 2 point est de 40 ms - une distance de 62,3 cm sépare réellement les 1er et dernier point

(1) Observer le mouvement de la bille ; que remarque-t-on ?

(2) Calculer la vitesse limite atteinte par la bille

(3) Montrer que le bilan des forces, précédemment énoncé, n’est pas correct.

(4) Un force, autre que le poids, et la poussée d’Archimède intervient lors de la chute de la bille ;

Que peut-on dire de la direction, du sens et de l’intensité de cette force ?

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale Pression des gaz et sport en altitude

L’ascension d’un sommet de montagne ne s’improvise pas et nécessite bien souvent d’y être sérieusement préparé. La baisse de pression qui se produit lorsque l’on prend de l’altitude n’est pas sans conséquences sur l’organisme ; quels sont les effets d’une telle baisse ???

DOC1 : Altitude et hypoxie

La variation de pression avec l’altitude engendre une baisse d’apport en dioxygène dans les muscles et les tissus : c’est ce que l’on appelle l’hypoxie d’altitude. Ses conséquences apparaissent des 2500 m avec des maux de tête, une augmentation du rythme cardiaque, des perturbations visuelles et comportementales. Elles peuvent provoquer une hyperventilation et une perte de connaissance

Solubilité du dioxygène en fonction de la pression de l’air

Pression de l’air (en hPa) 1000 900 800 700

Solubilité du dioxygène (en mg.L-1) 8,3 7,5 6,6 5,8

DOC2 : Un saut spectaculaire !!

Le 15 octobre 2012, Félix Baumgartner, équipé d’une combinaison pressurisée, sautait d'un ballon d'hélium, d'une altitude record de plus de 39 000 mètres au-dessus du Nouveau Mexique ; il devenait ainsi le premier homme à franchir le mur du son en chute libre, atteignant la vitesse de 1342,8 km/h.

L’oreille moyenne renferme une certaine quantité d’air, séparée de l’extérieur du corps par la membrane souple du tympan. Lorsque la pression de l’air extérieur devient rapidement différente de l’air contenu dans l’oreille moyenne, nous avons la sensation que l’oreille se bouche ; afin d’y remédier, nous pouvons avaler notre salive ou bailler : pendant quelques instants, la trompe d’Eustache permet de relier l’oreille moyenne avec l’arrière de notre nez

DOC3 : Fonctionnement de l’oreille

Des variations de pressions trop importantes dans le fluide qui entoure l’individu peuvent même causer des douleurs importantes et de graves lésions du tympan : c’est le barotraumatisme auriculaire

DOC4 : Entrainement en altitude

Tous les deux ans, avant les grandes compétitions de football (championnat d’Europe des nations, coupe du monde), l’équipe de France part en stage préparatoire en altitude à Tignes. Cela n’est pas une spécificité du footballeur, de nombreux sportifs profitent des stages en altitude. Ainsi de nombreux athlètes vont profiter d’installations sportives créées en altitude (par exemple à Font Romeu).

Quel bénéfice les sportifs peuvent espérer de ces stages préparatoires en altitude?

Comment l’altitude entraîne-t-elle des modifications sur les capacités physiques ?

Plus on monte en altitude, moins la pression atmosphérique est forte. Cette baisse de la pression atmosphérique entraîne une baisse de l’oxygénation des poumons puis du sang.

En réponse à cette hypoxie, l’organisme va réagir.

Que se passe t-il à l’arrivée en altitude ?

La fréquence respiratoire s’accroît (hyperventilation) afin d’augmenter l’apport en oxygène.

Le débit cardiaque et la fréquence cardiaque augmentent.

Cette phase dure 2 à 4 jours.

Que se passe t-il lors de l’acclimatation ?

Afin de compenser la baisse de la solubilité du dioxygène et pour maintenir le transport du dioxygène dans le sang, le nombre de globules rouges augmente rapidement afin : c’est ce que l’on appelle une polyglobulie. Cette polyglobulie est due à la stimulation de la sécrétion d’érythropoïétine (couramment appelée EPO) par l’hypoxie.

Quelles sont les conséquences lors du retour au niveau de la mer ?

Persistance d’une polyglobulie pendant quelques semaines

Persistance d’une augmentation de l’hématocrite et de la concentration en hémoglobine pendant quelques semaines

Au total, durant quelques jours voire quelques semaines (jusqu’à 7 semaines), il y a amélioration des capacités de traitement de l’oxygène (extraction, transport, délivrance aux muscles) avec pour conséquences des possibles améliorations des facteurs d’endurance et des performances sportives en endurance.

Attention ! Pendant quelques jours, aux environs du 10ème jour après le retour au niveau de la mer, il existe une baisse des performances. Il convient donc de savoir bien placer le retour au niveau de la mer par rapport aux échéances sportives.

Ces meilleures performances sportives font partie de l’ensemble de raisons pour lesquelles les sportifs partent plusieurs semaines en stage préparatoire en altitude avant le début d’une saison ou bien avant une grande compétition comme le fait l’équipe de France de football.

Le séjour en altitude entraîne des effets bénéfiques possibles. Cependant l’altitude diminue les performances physiques et sportives. L’idéal est donc de s’entraîner en moyenne altitude (vers 1000 ou 1200 mètres) et de dormir en haute altitude (au dessus de 1500 mètres voire 2000 mètres ou plus). Pour être bénéfique le séjour en altitude doit être suffisamment long et bien placé dans le planning du sportif.

Dr Fabrice KUHN. Médecin du sport

Pression et volume : loi de Boyle Mariotte

On dispose du dispositif suivant : EXP1/

- Pousser ou tirer sur le piston, afin de changer le volume de l’air contenu dans la seringue.

- Noter dans un tableau récapitulatif, la pression de l’air suivant son volume

V (mL) P (hPa)

VP

Conclure en indiquant la relation que l’on peut écrire entre les grandeurs P et V ; cette relation n’est valable qu’à température constante.

Recopier et compléter les phrases suivantes :

« La pression d’un gaz augmente lorsque son volume ............... »

« Quand on comprime un gaz, le volume disponible pour ses molécules ................, les chocs des molécules sur les parois sont .................., et la pression .................. »

« Lorsque le volume est divisé par 2, la pression est ................ »

Les effets de la baisse de pression

(1) Les effets sur le tympan

EXP2/

- Placer dans une cloche à vide, un bécher fermé par une membrane élastique.

- Faire le vide

Qu’observe-t-on ?

Comment se déforme le tympan de l’oreille lors de l’ascension d’une montagne ? Pour rééquilibrer le tympan, la trompe d’Eustache doit-elle laisser entrer ou sortir de l’air ?

(2) Les effets sur la dissolution des gaz dans les liquides

EXP3/

- Placer dans une cloche à vide, une bouteille d’eau gazeuse ouverte depuis peu.

- Faire le vide

Qu’observe-t-on ?

Expliquer la conséquence d’une baisse de pression sur la présence de dioxygène dans le sang ; comment appelle-t-on ce phénomène ?

Quelles sont les conséquences de l’altitude sur les performances sportives ?

L’Everest, de 8850 m d’altitude, est le sommet le plus haut du monde, que nécessite son ascension ?

Lors d’un séjour prolongé en altitude, comment le corps combat-il ce changement ? Comment appelle-t-on ce phénomène ?

Que se passe-t-il dans le corps lorsque le sportif revient au niveau de la mer ?

Quelles sont les conséquences de ce retour sur les performances sportives ? Combien de temps peut durer ces conséquences après le retour ?

(3) Ébullition des liquides

EXP4/

- Placer dans une cloche à vide, un bécher contenant de l’eau dont la température est comprise entre 70 et 80°C.

- Faire le vide

Que peut-on dire de la température d’ébullition de l’eau ?

Quelle conséquence peut avoir une baisse importante de pression sur les liquides présents dans le corps ?

Que se serait-il passé dans le corps de l’Autrichien Félix Baumgartner, s’il avait fait le saut sans une combinaison pressurisée ?

Thème 2 : le sport

Activité expérimentale La pression en plongée

▪ Lors des cours de plongée sous-marine, les instructeurs insistent particulièrement sur les risques encourus par les plongeurs, notamment lors de la remontée. Quels sont ces risques et quels gestes doit-on adopter pour remonter, en toute sécurité à la surface ?

DOC1 : Pression et profondeur

Le facteur principal influant sur l'organisme humain en plongée est la pression exercée par l'eau. Celle-ci augmente avec la profondeur : alors que nous sommes soumis à une pression d'environ 1 bar (1000 hPa) à l'air libre au niveau de la mer (pression atmosphérique), le poids de l'eau au-dessus du plongeur immergé soumet celui-ci à une pression additionnelle d'envi-ron 1 bar tous les 10 mètres.

Cette pression inhabituelle pour un être humain adapté au milieu terrestre va provoquer diffé-rents phénomènes, que le plongeur doit connaî-tre et gérer sous peine de mettre sa santé (voire sa vie) en danger

1

Lorsqu'un gaz se trouve en contact avec un liquide, il va s'y dissoudre progressivement jusqu'à atteindre une limite dépendant de la pression.

- Si la pression augmente, de plus en plus de gaz se dissout dans le liquide.

- Si la pression diminue doucement, du gaz reflue vers la limite du liquide sous forme dissoute ou de micro-bulles.

- Si la pression diminue très rapidement, le gaz s'échappe de manière explosive et forme des bulles au sein du liquide (exemple de la bouteille de soda au moment de l'ouverture).

Lors de l'immersion, les gaz diffusent dans le corps du plongeur (sang et tissus) et s'accumulent progres-sivement, et ce d'autant plus que la profondeur et la durée de la plongée augmentent. Lors de la remontée, si la pression baisse trop rapidement des bulles pathogènes vont se former dans l'organisme. Suivant la lo-calisation de leur apparition, ces bulles peuvent entraîner notamment des accidents circulatoires, des para-lysies, des douleurs articulaires. L'enjeu pour le plongeur est de remonter suffisamment doucement pour qu'il n'y ait pas de formation de bulles, ou que les bulles formées soient suffisamment petites pour être asymptomatiques.

DOC2 :

Dissolution d’un gaz dans un liquide

DOC3 : Les barotraumatismes

La majeure partie du corps humain, composée de liquides/solides incom-pressibles, n'est pas directement affectée par les variations de pression. En revanche, les organes creux contenant de l’air (oreille moyenne, sinus, appa-reil respiratoire...) subissent des traumatismes, dus aux variations anormales de pressions : on parle alors de barotraumatismes

L’air contenu dans ces différentes cavités du corps voit son volume va-rier de manière inversement proportionnelle à la pression ambiante.

Lors de la remontée, l'air contenu dans les poumons du plongeur se dilate. Si le plongeur n'est pas attentif et n'expire pas ou pas assez (en cas d'apnée involontaire, de panique, de remon-tée trop rapide...), la surpression pulmonaire ainsi créée peut en-traîner des lésions graves […].

Lors de la descente, l'air contenu dans l'oreille moyenne du plongeur est en dépression par rapport au milieu ambiant, ce qui crée une déformation du tympan. Le plongeur doit volontairement insuffler de l'air dans son oreille moyenne via les trompes d'Eustache, afin d'éviter toute déchirure ou dou-leur. Il existe plusieurs manœuvres d'équilibrage, la plus répandue consiste à se pincer le nez et à souffler légèrement bou-che fermée.

DOC4 : Equation de droite

Une droite passant par l’origine a pour équation y = a .x où « a » est le coefficient directeur de la droite ; on dit alors que les grandeurs y et x sont proportionnelles

Pour déterminer la valeur de « a », il faut choisir un point M sur la droite, repérer ses cordonnées (xM ; yM) et effectuer le rapport de ses coordonnées :

M

M

x

ya

2

3

Variation de la pression dans un liquide

On désire déterminer l’évolution de la pression en fonction de la profondeur dans un tube rempli de liquide.

Pour les mesures de pression, on dispose d’une sonde constituée d’une pipette droite reliée à un manomètre (capteur de pression)

(1) Etude qualitative

- Remplir une grande éprouvette d’eau sur une hauteur de plus de 25 cm

- Plonger la sonde du manomètre dans l’éprouvette.

→ Comment varie la pression avec la profondeur ?

(2) Etude quantitative

- Relever la valeur (en hPa) de la pression at-mosphérique (= pression à la surface de l’eau)

→ Noter PA, cette valeur

- Avec un crayon à verre rouge, graduer (en par-tant de la surface de l’eau) l’éprouvette tous les 5 cm de profondeur.

- Plonger la sonde dans l’eau et relever la pres-sion PB pour les différentes profondeurs h d’immersion

→ Reporter les valeurs dans le tableau donné en annexe

→ Compléter le tableau en calculant la diffé-rence de pression P = PB – PA pour chacune des profondeurs d’immersion h.

→ Tracer la courbe représentant la différence de pression P en fonction de h

Abscisse : 2 cm pour 0,05 m Ordonnée : 1 cm pour 500 Pa

→ Quelle est l’allure de la représentation graphique obtenue ?

→ Déterminer l’équation de la droite

→ Calculer la variation de pression P pour une profondeur de h = 10 m ; exprimer le résultat en bar (1 bar = 105 Pa)

→ La phrase du DOC1 « une pression addi-tionnelle d’environ 1 bar tous les 10 m » est-elle vérifiée ?

Variation de dissolution des gaz en fonction de la pression

- Verser de l’eau gazeuse dans une seringue.

- Boucher la seringue avec le doigt, puis tirer fortement sur le piston

→ Qu’observe-t-on ?

→ Que peut-on en conclure quant à la dissolu-tion des gaz en fonction de la pression

→ Comment peut-on expliquer la formation de bulles de gaz dans le sang du plongeur lorsqu’il remonte trop rapidement ?

→ Quelles en sont les conséquences ?

→ Que font les médecins pour soigner les plongeurs ayant subi un accident de décompression afin de réduire les volumes des bulles de gaz ?

2.1. Calculer la pression de l’eau à 214 m de profondeur si la pression atmosphérique est Patm = 1020 hPa.

4

Conclusion

2.2. Calculer la force pressante qui s’exerce sur ses tympans ayant une surface de 0,7 cm2

→ Conclure sur la problématique posée en début de l’activité 2.3. Calculer la masse d’un objet ayant pour

poids la valeur calculée précédemment

Et pour les plus rapides ..... 2.4. En déduire la manière dont est déformé le tympan.

Dans un liquide de masse volumique (en kg/m3), la pression P (en Pa) du liquide à une profondeur h (en m) s’écrit

hgPP surface

Où Psurface est la pression à la surface de l’eau eau = 103 km/m3 ; g = 10 N.Kg-1

1) Un plongeur sous marin évolue à 5,0 m de profondeur.

Lorsqu’il bloque sa respiration pour remonter, ses poumons contiennent environ un volume de 4 L d’air dont la pression est égale à la pression de l’eau à cette profondeur.

1.1. Calculer la pression dans l’eau à 5,0 m de profondeur, si la pression atmosphérique est Patm = 1020 hPa.

1.2. Calculer le volume occupé par l’air contenu dans les poumons lorsque le plongeur arrive à la surface de l’eau.

On considère que la température de l’air ne varie pas pendant la remontée.

1.3. Que risque-t-il de se passer, sachant que les poumons du plongeur peuvent contenir un volume maximal de 5,6 L

2) La plongée en apnée consiste à évoluer sous l’eau sans respirer ; le plongeur prend donc une respiration pour gonfler ses poumons d’air avant de s’immerger.

L’apnée « No Limit » permet d’atteindre les plus grandes profondeurs. Dans cette discipline, l’apnéiste descend avec un lest et remonte avec un parachute gonflé d’air.

Depuis 2007, le record du monde est détenu par Herbert Nitsh, surnommé « The Flying Fish » avec une profondeur de 214 m.