Mathématiques et Sciences Physiques





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titreMathématiques et Sciences Physiques
date de publication22.09.2017
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BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL
« Traitements de surfaces »





Épreuve E1B1-U12

SOUS-ÉPREUVE ÉCRITE

Sujet

Mathématiques et Sciences Physiques


Durée : 2 heures

Coefficient : 1,5


Le sujet comporte 5 pages numérotées de 2/7 à 6/7

auquel s’ajoute le formulaire numéroté 7/7.
La feuille Annexe (page 4/7) est à rendre avec la copie.
Elle sera agrafée à celle-ci par le centre d’examen.


L’usage de la calculatrice est autorisé

Exercice 1 (9,5 points)

L’entreprise TSA est spécialisée dans le traitement de surfaces.

Pour répondre à la demande d’un fabricant, elle réalise un devis concernant le traitement de socles devant soutenir des petits trophées souvenirs.

Les socles à traiter sont obtenus à partir d’un parallélépipède à base carrée de côté 20 mm. Les socles sont percés au centre d’un trou cylindrique (alésage) dont le rayon doit être compris entre 2 et 5 mm (voir figures suivantes).


socle du trophée

socle
en perspective cavalière

5








Les schémas ne respectent pas les proportions.

L
20
es cotes sont en mm.


vue de gauche


Le coût du traitement dépend de l’aire de la surface à traiter.
On se propose d’étudier les variations de l’aire de la surface à traiter en fonction du rayon R de l’alésage.
Partie A : calcul de l’aire de la surface à traiter quand R est égal à 0,4 cm


  1. Calculer, en cm2, l’aire A1 du patron du parallélépipède à base carrée, de côté 20 mm et de hauteur 5 mm avant perçage. Ce patron est représenté ci-dessous.





  1. Calculer, en cm2, l’aire A2 d’un disque de rayon R avec R = 0,4 cm. Écrire la mesure arrondie au centième.

  2. Calculer, en cm2, l’aire A3 intérieure du trou (cette aire correspond à l’aire latérale d’un cylindre de rayon 0,4 cm et de hauteur 0,5 cm). Écrire la mesure arrondie au centième.

  3. En déduire l’aire totale AT de la surface à traiter dans ce cas.


Partie B : relation entre l’aire de la surface à traiter et le rayon R.

On montre que l’aire A, en cm2, de la surface à traiter s’exprime en fonction du rayon R du trou par la relation suivante :

A   2 R2 +  R + 12
Calculer, en cm2, l’aire de la surface à traiter si la mesure, en cm, du rayon est égale à 0,5.
Partie C : modélisation mathématique des variations de l’aire en fonction du rayon.

On considère la fonction f définie sur l’intervalle [0,2 ; 0,5] par f (x)   2 x2 +  x + 12.


  1. Soit f  la fonction dérivée de la fonction f . Déterminer l’expression algébrique de f (x).

  2. Montrer que x  0,25 est une solution de l’équation f (x)  0.

  3. Compléter le tableau de variation de la fonction f en annexe page 4/7.

  4. En déduire les coordonnées du point M correspondant au maximum de la fonction f sur l’intervalle [0,2 ; 0,5] (ordonnée arrondie au millième). Placer le point M.

  5. Compléter le tableau de valeurs de l’annexe. Arrondir les résultats au millième.

  6. Tracer la représentation graphique de la fonction f sur l’annexe.

  7. Résoudre graphiquement l’équation : f (x)  12,2.


Partie D : étude du coût du traitement.

Le coût du traitement s’élève à 150 € par m2 traité.

  1. Indiquer le rayon de perçage donnant l’aire maximale de surface à traiter. En déduire le coût maximum du traitement d’une pièce. Donner le résultat arrondi au millième d’euro.

  2. Déterminer le rayon de perçage donnant un coût de traitement égal à 0,183 € par pièce.


Exercice 2 (3,5 points)

Afin de répondre à la demande, la production de trophées doit augmenter de 5 % par mois. Le premier mois, la production est de 10 000 pièces.

  1. Production des trois premiers mois :

    1. Calculer la production prévisionnelle de trophées le deuxième mois puis le troisième mois.

    2. Montrer que les trois valeurs précédentes forment une suite géométrique. Préciser la raison de cette suite.

  1. On considère la progression géométrique de premier terme 10 000 et de raison 1,05.

    1. Exprimer un en fonction de n.

    2. Calculer u6. Arrondir le résultat à l'unité.

    3. Résoudre l'équation 10 000  1,05 (x – 1)  13 400. Arrondir le résultat à 10-2.

  1. Déterminer le nombre de mois nécessaires pour atteindre une production de 13 400 pièces dans les conditions d’une augmentation de 5 % par mois.


Annexe à rendre avec la copie

Exercice 1

Partie C

  1. Tableau de variation.



x

0,2 …. 0,5

signe de f  (x)

0

sens de variation de f







  1. Tableau de valeurs.




x

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

f (x)
arrondie au millième

12,377







12,330

12,251










  1. Représentation graphique



SCIENCES PHYSIQUES (7 points)

Exercice 3 (2 points)
La section des fils conducteurs doit être choisie en fonction de l’intensité du courant qui les traverse. Le disjoncteur ou la cartouche fusible doit aussi être adapté à l’appareil à protéger.
Voici un tableau présentant le calibre maximum que l'on peut utiliser pour la protection des circuits.
Un calibre inférieur est parfois préférable pour assurer une meilleure protection des appareils et des personnes.

Nature du circuit

Conducteur cuivre
à utiliser

Fusible
(calibre maxi)

Disjoncteur
(calibre maxi)

Eclairage

1,5 mm²

10 A

16 A

Prise 10/16 A (standard)

1,5 / 2,5 mm²

20 A

16A / 20 A

Chauffe-eau

2,5 mm²

20 A

20 A

Machine à laver, lave vaisselle, ...

2,5 mm²

20 A

20 A

Appareil de cuisson monophasé : four, plaque électrique, ...

6 mm²

32 A

32 A

Chauffage électrique

1,5 mm²

10 A

16 A


Pour réaliser l’éclairage d’un atelier d’électro-plastie alimenté sous U = 230 V, on choisit dix blocs de deux tubes fluorescents. Chaque tube a une puissance de 60 W.


  1. Calculer la puissance totale Ptot absorbée pour l’éclairage de l’atelier.




  1. Calculer l’intensité totale I du courant délivré par le générateur.

On considère ici que : Ptot = U I.

donner le résultat arrondi au dixième d’ampère.


  1. A l’aide du tableau ci-dessus, déterminer la section minimale des conducteurs correspondant aux normes. Justifier la réponse.




  1. Choisir et indiquer le calibre du disjoncteur permettant une protection de l’installation.


Exercice 4 (5 points)

Fixation d'une statue en bronze par des vis en acier



Une statue en bronze est fixée à une stèle en granit à l’aide de vis en acier.

Le bronze est un alliage de cuivre et de zinc avec, dans le cas de cet exercice, un pourcentage de cuivre bien supérieur à celui du zinc.

Soumise aux conditions climatiques habituelles, les vis en acier (alliage de fer et de carbone) qui fixe la statue en bronze se sont couvertes de rouille au fil du temps.
Les Romains connaissaient déjà la corrosion. Au premier siècle après Jésus-Christ, un texte de Pline (philosophe) mentionne des méthodes de protection pour éviter la corrosion du fer et du bronze : « On utilisait de l'huile ou du bitume pour le bronze ; de la poix, du gypse ou de la céruse pour le fer ».
1) En lisant l’énoncé précédent et à l’aide de la classification électrochimique, indiquer le métal qui subit la corrosion.




Cu2+




Cu

H3O+




H2 (g)

Pb2+




Pb

Sn2+




Sn

Ni2+




Ni

Cd2+




Cd

Fe2+




Fe

Zn2+




Zn

Al3+




Al

Mg2+




Mg



2) On considère qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction dont une des étapes met en jeu les couples oxydant / réducteur suivants :
Couple 1 : Fe2+/ Fe

Couple 2 : H3O+/ H2



Indiquer pour chaque couple l’oxydant et le réducteur.


  1. Cette formation de rouille était prévisible. Expliquer pourquoi, lorsqu’on met en présence du cuivre, du fer et des ions H3O+, seule la vis peut être oxydée. (voir classification électrochimique ci-contre).




  1. Ecrire la demi-équation d’oxydation du fer en ions Fe2+.





  1. Recopier et équilibrer la demi-équation de réduction des ions H3O+ en dihydrogène H2 :


.... H3O+…..e- H2 + ….. H2O


  1. Recopier et équilibrer l’équation bilan de la réaction entre ces deux couples :


Fe + …. H3O+ ........ Fe2+ + ...... H2 + ...... H2O


  1. Expliquer brièvement les raisons pour lesquelles les romains utilisaient de l’huile comme protection contre la corrosion de certains métaux.




  1. Citer deux autres moyens pour ralentir ou éviter la corrosion de la vis en acier.




FORMULAIRE BACCALAUREAT PROFESSIONNEL
Artisanat, Bâtiment, Maintenance - Productique


Fonction f

Dérivée f '

f (x)

f '(x)

ax + b







a

2x



-

u(x) + v(x)

u'(x) + v'(x)

a u(x)

a u'(x)


Logarithme népérien : ln

ln (ab) = ln a + ln b

ln () = ln a - ln b



ln (an) = n ln a

Equation du second degré







- Si  < 0, aucune solution réelle

- Si   0,


Suites arithmétiques

Terme de rang 1 : u1 et raison r

Terme de rang n : un = u1 + (n – 1)r

Somme des k premiers termes :

u1 + u2 + ... + uk =
Suites géométriques

Terme de rang 1 : u1 et raison q

Terme de rang n :un = u1.qn-1

Somme des k premiers termes :

u1 + u2 + ... + uk =


Trigonométrie

sin (a +b ) = sina cosb + sinb cosa

cos (a +b ) = cosa cosb  sina sinb

cos 2a = 2 cos2a   1

= 1  2 sin2a

sin 2a = 2 sina cosa

Statistiques

Effectif total

Moyenne

Variance

Ecart type  =


Relations métriques dans le triangle rectangle


AB2 + AC2 = BC2




sin = ; cos = ; tan =


Résolution de triangle



R : rayon du cercle circonscrit

a2 = b2 + c2  2bc cos

Aires dans le plan

Triangle :

Trapèze :

Disque : R2

Aires et volumes dans l'espace

Cylindre de révolution ou prisme droit d'aire de base B et de hauteur h : Volume Bh

Sphère de rayon R :





Aire : 4R2

Volume :R3

Cône de révolution ou pyramide de base B et de hauteur h : Volume Bh

Calcul vectoriel dans le plan - dans l'espace













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