Structure, fonctionnement et comportement des objets et systèmes techniques

Un volet roulant automatique

Un volet roulant se ferme automatiquement lorsque la luminosité extérieure passe sous un seuil. Il est alimenté par le réseau électrique de 230 V.

Document 1 : composants du système

• Cellule de mesure de la luminosité

• Carte programmable

• Moteur électrique

• Alimentation électrique (réseau 230 V)

• Tablier du volet qui s'enroule sur un axe

• Relais de commande du moteur

• Associer chacun des termes suivants au composant correspondant : capteur ; unité de traitement ; actionneur.

• Parmi les composants du document 1, identifier ceux qui appartiennent à la chaîne d'information du volet roulant, puis indiquer pour chacun d'eux la fonction réalisée : acquérir, traiter ou communiquer.

• Identifier les composants qui appartiennent à la chaîne d'énergie, puis indiquer pour chacun d'eux s'il remplit la fonction alimenter, distribuer, convertir ou transmettre.

• Citer une situation où ce système est utile pour l'utilisateur.

La chaîne d'énergie d'une trottinette électrique

Une trottinette électrique est équipée d'une batterie et d'un moteur. On dispose des informations suivantes.

Document 1 : caractéristiques

• Énergie stockée dans la batterie : 360 Wh

• Consommation moyenne : 15 Wh par kilomètre

• Puissance électrique absorbée par le moteur à vitesse de croisière : 250 W

• Puissance mécanique fournie par le moteur : 200 W

• Chargeur : puissance 60 W

On suppose que l'énergie du chargeur est intégralement stockée dans la batterie.

1. Calculer l'autonomie de la trottinette, en kilomètres, lorsque la batterie est pleine.

2. Calculer le rendement du moteur, en pourcentage. On rappelle que le rendement est le rapport de la puissance utile à la puissance absorbée.

3. Calculer la durée de recharge d'une batterie entièrement déchargée, en heures.

4. Calculer le coût de l'électricité nécessaire pour une recharge complète, sachant que le prix du kWh est de 0,25 €.

5. Indiquer sous quelle forme est dissipée l'énergie perdue par le moteur.

Optimiser une chaîne d'énergie solaire

Un abri de jardin est éclairé grâce à une installation solaire autonome. Dans les conditions d'ensoleillement fort, l'énergie lumineuse reçue par les panneaux correspond à une puissance de 1 000 W.

Document 1 : chaîne d'énergie et rendements

Le rendement global de la chaîne est le produit des rendements de chaque élément.

Document 2 : besoins

• Lampes LED : 36 W chacune.

• Durée d'éclairage souhaitée : 4 h par soir.

• Calculer la puissance disponible à la sortie de chaque élément, puis en déduire le rendement global de la chaîne, en pourcentage.

• Calculer le nombre maximal de lampes LED de 36 W que l'on peut alimenter simultanément avec cette puissance.

• Calculer l'énergie électrique, en Wh, nécessaire pour allumer 3 lampes pendant la durée souhaitée.

• En hiver, la puissance reçue chute à 300 W en moyenne pendant 4 h de la journée. Montrer, par un calcul, que l'installation ne peut pas alimenter les 3 lampes pendant 4 h. On rappelle que $E = P \times t$.

• Proposer deux solutions techniques permettant de satisfaire le besoin en hiver. Argumenter le choix de l'une d'elles.

Lire un programme de chauffage

Un petit système de chauffage est commandé par le programme suivant, écrit en Python. L'utilisateur saisit la température de la pièce en degrés Celsius.

temperature = float(input("Température : "))

if temperature < 19:

    print("Chauffage allumé")

else:

    print("Chauffage éteint")

1. Indiquer le nom de la variable utilisée dans ce programme.

2. Donner le message affiché lorsque l'utilisateur saisit :

a) 17.5 ;

b) 21 ;

c) 19.

1. Recopier la ligne du programme qui correspond à l'instruction conditionnelle.

2. Modifier le programme pour que le chauffage soit allumé lorsque la température est inférieure ou égale à 19 °C.

Programmer l'arrosage d'un potager

Le club de technologie du collège programme l'arrosage automatique d'un potager. Un capteur mesure le taux d'humidité du sol, exprimé en pourcentage, et le programme décide de la durée d'arrosage.

humidite = int(input("Humidité du sol (%) : "))

if humidite < 30:

    print("Arrosage 10 minutes")

elif humidite < 60:

    print("Arrosage 5 minutes")

else:

    print("Pas d'arrosage")

1. Donner le message affiché pour chacune des valeurs suivantes : 25 ; 30 ; 45 ; 75.

2. Expliquer pourquoi le programme comporte une instruction « elif ».

3. Un élève a écrit la ligne if humidite = 30: à la place de la première condition.

a) Indiquer l'erreur commise.

b) Préciser s'il s'agit d'une erreur de syntaxe ou d'une erreur de logique.

1. On souhaite ne pas arroser lorsque l'humidité est supérieure ou égale à 50 %. Modifier le programme en conséquence.

Comparer le comportement attendu et le comportement réel d'un programme

Un éclairage de vélo doit s'allumer automatiquement lorsqu'il fait sombre. Une carte programmable lit la valeur d'un capteur de luminosité branché sur l'entrée A0. La valeur lue est un nombre entier compris entre 0 (obscurité totale, 0 V) et 1 023 (lumière intense, 5 V). La DEL est reliée à la broche 8.

Document 1 : programme n° 1

void setup() {

  pinMode(8, OUTPUT);

}

void loop() {

  int lum = analogRead(A0);

  if (lum > 300) {

    digitalWrite(8, HIGH);

  } else {

    digitalWrite(8, LOW);

  }

  delay(500);

}

Document 2 : observations lors du test

1. Rappeler à quoi servent les fonctions setup() et loop().

2. Indiquer le comportement attendu de l'éclairage selon la valeur de lum.

3. Comparer le comportement attendu et le comportement réel observé. Identifier l'erreur du programme et préciser s'il s'agit d'une erreur de syntaxe ou de logique.

4. Écrire la ligne corrigée.

5. Une valeur de 512 est lue sur l'entrée A0. Calculer la tension correspondante, en volts, en supposant que la valeur lue est proportionnelle à la tension (1 023 correspond à 5 V). Arrondir au dixième.

6. Un test avec le programme corrigé montre que la DEL clignote très rapidement au crépuscule, lorsque la valeur oscille autour de 300. Proposer une modification du programme qui limite ce défaut.

Une lampe frontale qui ne s'allume plus

La lampe frontale de Nathan ne s'allume plus. Elle fonctionne avec deux piles de 1,5 V montées en série. Nathan réalise quelques vérifications.

Document 1 : vérifications effectuées

1. Proposer deux hypothèses qui pouvaient expliquer la panne au départ.

2. Indiquer l'hypothèse validée par les vérifications. Justifier.

3. La solution trouvée est-elle un dépannage ou une réparation ? Justifier en utilisant la définition de ces deux termes.

4. Proposer une action pour éviter que la panne se reproduise sans que l'utilisateur s'en aperçoive.

L'éclairage d'escalier ne se déclenche plus

Dans l'escalier d'un immeuble, un éclairage s'allume lorsqu'un capteur de présence détecte un mouvement dans l'obscurité. Un habitant constate qu'en plein jour, l'éclairage ne s'allume pas, ce qui est normal. Mais le soir, en passant devant le capteur, la lampe ne s'allume pas non plus.

Document 1 : mesures réalisées par le technicien

1. Formuler deux hypothèses qui peuvent expliquer le dysfonctionnement.

2. Indiquer, en justifiant avec le document, les éléments qui peuvent être considérés comme en bon état.

3. Proposer, sous la forme d'une liste ordonnée, un protocole de dépannage qui permet de choisir entre vos hypothèses. Préciser le résultat attendu à chaque étape.

4. Expliquer la différence entre dépannage et réparation en prenant un exemple lié à cette situation.

Dépanner un vélo à assistance électrique

Le collège possède des vélos à assistance électrique (VAE) pour les sorties pédagogiques. L'un d'eux n'apporte plus d'assistance : le cycliste pédale, mais le moteur ne se met pas en marche. L'écran du guidon affiche le code « E03 ».

Document 1 : extrait de la notice technique

Code E03 : le capteur de vitesse n'est pas détecté. Le capteur fonctionne grâce à un aimant fixé sur un rayon de la roue. La distance entre l'aimant et le capteur doit être inférieure ou égale à 5 mm.

Document 2 : relevés effectués en salle de technologie

1. Formuler les hypothèses qui pouvaient expliquer l'absence d'assistance, puis indiquer celles que les relevés permettent d'écarter. Justifier.

2. Identifier la cause la plus probable de la panne en utilisant les deux documents.

3. Proposer un protocole de dépannage pour remettre le VAE en état de marche rapidement. Préciser ce qui rend cette solution provisoire.

4. Proposer une réparation permanente. Pour cela, décrire une pièce « sur mesure » qui pourrait être réalisée au FabLab du collège : machine envisagée, matériau, contraintes à respecter.

5. Indiquer deux vérifications à effectuer avant de remettre le vélo à disposition des élèves.