THEOREME DES MOMENTS

« Le mystère de la licorne » (Hergé) Questions o Décrire succinctement le déroulement des événements de 1 à 5
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o On considère que l'extrémité (non visible) de la poutre touche le sol, en
comparant la situation 1 et la situation 5 cela vous paraît-il
vraisemblable ; justifiez votre réponse.
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~ Réponses des élèves ~
o En comparant la situation 1 et la situation 5 cela vous paraît-il
vraisemblable ? Justifier votre réponse.
V La masse de la poutre ne changera pas qu'il la soulève à mains nues
ou avec un drap ; la force qu'il exerce sera la même ; donc ce
n'est pas possible.
V Non, cela ne me paraît pas vraisemblable car la force n'a pas changé
d'intensité mais seulement de direction.
V Oui, car en soulevant comme dans la situation 1, on exerce une force
sur la tête de la poutre qui n'est pas suffisant. Ton disque (tandis
que) la situation 5 le drap est attaché au milieu du poutre ; en
exerçant une force sur le drap, le drap exerce une autre sur le
poutre, ce qui fait ...
V La situation est invraisemblable car qu'il soulève la poutre à
mains nues ou par l'intermédiaire d'un anneau avec un drap la masse
soulevée par Tintin est toujours la même. La force qu'il exerce dans
les sens (2 cas) est la même, il aurait pu y arriver avec un système
de 2 ou 3 poulies.
V Oui, l'image 1 il essaie à un bout de la poutre alors qu'à la 5 il
met sa force au centre de la poutre.
V Non, cela n'est pas vraisemblable car s'il n'arrive pas à soulever
la poutre à mains nues, il n'arrivera pas à la soulever avec les
draps. Et en plus, je vois pas comment il peut passer le drap dans
l'anneau.
V Oui la situation me parait vraisemblable cela donne à peu près le
même effet qu'une poulie et c'est donc plus facile pour lui de
porter cette poutre dans la situation 5. Dans la situation 1 il
porte sans aide c'est donc plus difficile.
V Oui cela me parait vraisemblable car une force est ajoutée par
rapport à l'image 1. Dans 1 la force musculaire de Tintin, et le
poids de la poutre. Dans 5 le poids de la poutre, la force de
Tintin, la force de l'anneau.
V Non car si il ne peut la soulever au 1, il n'y arrivera pas plus au
5.
V Non cela me paraît impossible. Dans la situation 1 il dit
« impossible, je puis à peine soulever la poutre » et dans la
situation 5 il a réussi à passer le drap. Donc cela me paraît
infaisable.
V Non cela me paraît invraisemblable car le drap aura un frottement
trop important sur l'anneau, situé plus haut.
V Oui cela me paraît possible. Dans la situation 1 il essaie de
soulever la poutre avec la force de ses bras et de ses jambes. Dans
la situation 5, il soulève la poutre avec la force de son corps (son
poids). Il fait un mouvement de contre force (Au début, il tire vers
le haut pour soulever la poutre et à la fin il tire vers le bas, à
l'aide de draps). Il semblerait que la seconde méthode (qui est
possible) est la plus efficace.
V Cela me paraît vraisemblable car dans la situation 1, il a tout le
poids du morceau de bois qui repose sur lui ; tandis qu'à la
situation 5 il se sert de l'anneau ; donc il s'en sert comme un
système de poulie, ce qui va lui répartir le poids du morceau de
bois.
V Oui c'est vraisemblable car c'est plus facile de soulever un solide
avec un système de tire, car tintin met tout son poids pour soulever
le solide.
V Cela est vraisemblable car le personnage sur la figure 1, il exerce
une action de force vers le haut. Sur l'image 5 le personnage exerce
une action de force vers le bas, ce qui fait qu'il a plus de force
pour soulever le solide {S} (la poutre).
V Cela parait vraisemblable, le point d'application se trouve au
milieu de la poutre, l'anneau diminue l'effort à fournir.
V Dans la situation 1, il essaie de soulever la poutre avec sa force ;
tandis que dans la situation 5 il utilise son poids pour créer une
force qui attire la poutre vers le haut.
V C'est vraisemblable car porter une poutre en faisant levier est
beaucoup plus facile que sans corde, cela nécessite moins d'efforts.
La force est changée de sens par l'anneau donc il a juste à
s'accrocher au drap de tout son poids pour lever la poutre (il faut
que la poutre soit plus légère que celui qui est suspendu au drap).
7 invraisemblables et 11 vraisemblables
I - PROBLÉMATIQUE : « Le mystère de la licorne » Hergé o Description de la situation :
Tintin n'arrive pas à soulever la poutre en la tenant à une extrémité.
Attachée et tirée, la poutre est amenée sous un anneau Il arrive à soulever
la poutre grâce au drap et à l'anneau ; le drap est attaché au milieu de la
poutre. o Débat entre les élèves (avec la totalité des réponses)
Comparaison entre les situations 1 et 5 (ressemblances et différences)
- Le poids de la poutre n'a pas changé
- On n'exerce pas la force au même endroit.
- Soulever une poutre ...
- Système haltérophile, il y a plus de poulies. C'est la même
situation. (dans ce cas l'élève considère que Tintin saute dans la
situation 5 comme un haltérophile ? ? ?)
- Il met tout son poids en 5, c'est pour cela qu'il y arrive
Enseignant : En s'arc-boutant, Tintin, utilise les muscles de ses bras et
de ses cuisses pour soulever la poutre ; il est donc possible que
dans la situation 1 la force exercée par Tintin soit plus
importante que dans la situation 5
- L'intensité de la force est plus importante en tirant vers le bas
qu'en soulevant.
- Il y a plus de force en 5 qu'en 1 à cause de son poids, et la poulie
augmente l'intensité de la force.
- L'anneau permet juste le changement de direction de la force : anneau
= poulie.
Enseignant : votre camarade a raison si on se réfère au chapitre «
Différents types de forces » (intérêt d'une poulie). Évidemment,
on néglige le frottement du drap sur l'anneau.
- Soulever la poutre à l'extrémité, revient à soulever « moins de
poids » de la poutre.
- En effet, c'est plus simple de soulever à une extrémité que par le
milieu. o Analysons les situations 1 et 5 en terme de forces qui s'exercent sur la
poutre. Situation 1
Inventaire des actions qui s'exercent
sur la poutre :
- action de la terre [pic]sur la
poutre en G
- action de Tintin [pic] sur la
poutre en A
- action du sol [pic]sur la poutre
en O
|action |nature |Dir. |
| | |Sens |
| | | |
|[pic] |À distance | |
| |répartie | |
| | | |
|[pic] |De contact | |
| |ponctuel | |
| | | |
|[pic] |De contact | |
| |ponctuel | | Situation 5
Inventaire des actions qui s'exercent sur la poutre :
- action de la terre [pic]sur la poutre en G
- action du sol [pic]sur la poutre en O
- action de Tintin [pic] sur la poutre en A
|action |nature |Dir. |
| | |Sens |
| | | |
|[pic] |À distance | |
| |répartie | |
| | | |
|[pic] |De contact | |
| |ponctuel | |
| | | |
|[pic] |De contact | |
| |ponctuel | | On considère que l'anneau fait office d'une poulie simple et que le drap
transmet intégralement l'action de Tintin. De plus le point d'application A
est très proche du point G. o Modélisation :
Poutre ( barre à trou + masse au milieu (afin d'alourdir la barre)
Tintin( Dynamomètre
Sol ( axe aimanté fixé au tableau métallique II- ÉTUDE EXPÉRIMENTALE :
Objectif : Pour l'équilibre réalisé (montage 2), chaque groupe compare
l'effet de rotation du poids du système à celui de la force exercée par le
dynamomètre.
a) Montages expérimentaux
Montage n°1 :
A l'aide du dynamomètre, On mesure le poids de la barre.
P1 = ... 0,3 N ou 0,4 N ...
Montage n°2 :
Réaliser le montage ci-contre , Le système
doit être en équilibre (immobile).
o Noter les valeurs des distances
OG = .......... et O