Karima BELARIBI Année 2004/2005 - Liste des sites Web des ...

Karima BELARIBI
Année 2004/2005
Math/Sciences
Lycée Alfred Kastler- Talence (33) PPCP : BRIDAGE HYDRAULIQUE Classe: Terminale BEP M.P.M.I.
Professeurs intervenants :
M. Christian CHAUDRU (en dessin et construction mécanique)
Mme Karima BELARIBI (en maths/sciences)
Mme Martine BELANGER (en anglais)
Partie math/sciences Objectif : calculer la force de bridage d'une pièce
(Voir schéma du dispositif « bride
hydraulique « ci-dessous) Pré requis : - Représentation d'un vecteur force
- Somme de deux ou de trois vecteurs
- Conditions d'équilibre d'un solide soumis à deux ou trois
forces (voir Annexe 1)
- Moment d'une force - Conditions d'équilibre d'un solide en
rotation- (voir Annexe 2)
- Pression d'un liquide et force pressante - Théorème de PASCAL
(voir Annexe 3) Sommaire :
- Travail demandé aux élèves
- Exemples de fiches leçons dispensées aux élèves :
Annexe 1 : « Equilibre d'un solide soumis à deux ou trois
forces »
Annexe 2 : « Equilibre d'un solide en rotation »
Annexe 3 : « Hydrostatique »
Travail demandé aux élèves On donne le schéma du dispositif d'une bride hydraulique (voir p.3) et on
désire déterminer la force de bridage
Partie A :
Expliquer le principe de fonctionnement de cet appareil
Partie B :
La pression du liquide hydraulique sous le piston est p = 50 MPa
1) On appellera [pic]);F1) la force pressante exercée par le liquide
sur le piston
a) Quelles sont les caractéristiques de [pic]);F1)
b) Représenter cette force sur le schéma du dispositif
2) Rappeler la relation entre la pression et la force pressante ;
préciser les unités de chaque grandeur intervenant dans cette formule
3) En déduire la valeur de l'intensité de la force [pic]);F1)
Partie C :
On appellera [pic]);F2) la force de bridage de la pièce
1) Etablir un tableau des caractéristiques de cette force (on admettra
que cette force est verticale)
2) Représenter sur le schéma du dispositif cette force
3) Calculer le moment de la force [pic]);F1) par rapport à l'axe ?
On rappellera tout d'abord la définition du moment d'une force par
rapport à un axe ainsi que la formule avec les unités de chaque
grandeur
4) Sachant que le levier est en équilibre, calculer le moment de la
force [pic]);F2) par rapport à l'axe ? On rappelle qu'un solide en rotation est en équilibre si la somme des
moments des forces qui le font tourner d'un côté est égale à la somme des
moments des forces qui le font tourner de l'autre côté
5) En déduire l'intensité de [pic]);F2)
Partie D :
On désire maintenant déterminer la réaction qu'on appellera [pic]);R)
de l'axe ? à l'équilibre ; le système étant la partie supérieure du
dispositif qui est donc soumis à trois forces[pic]);F1), [pic]);F2)et
[pic]);R)
1) Rappeler les conditions d'équilibre soumis à trois forces
2) Etablir le dynamique des trois forces [pic]);F1), [pic]);F2) et
[pic]);R) (échelle : 10.000 N ? 1 cm)
3) En déduire les caractéristiques de la réaction [pic]);R)
4) Représenter sur le schéma du dispositif [pic]);R)
Annexe1
EQUILIBRE D'UN SOLIDE soumis à deux ou trois forces
Objectifs : être capable de : - Définir un système
- Déterminer une force inconnue en utilisant les conditions d'équilibre
d'un système
- Utiliser les conditions d'équilibre pour prévoir l'équilibre d'un système
Matériel : - Dynamomètres 0-1 N (3)
- Solide (papier en carton de masse négligeable) : (S)
- Support métallique + ficelle + 2 poulies
- Crayon à papier, règle 30 cm, rapporteur et compas I°) SOLIDE SOUMIS À DEUX FORCES
1) Situation problème
(S) est un anneau de poids négligeable. On veut le maintenir en équilibre
à l'aide de deux fils inextensibles tendus par les deux masses M1 et M2 tel
que le montre le schéma ci-contre
a) Représentez les forces qui s'exercent sur le solide M1. De quelles
forces s'agit-il ?
b) Représentez les forces qui s'exercent sur le solide M2
c) Représentez les forces qui s'exercent sur l'anneau (S)
d) Quelles doivent être les caractéristiques des deux forces qui permettent
l'équilibre de l'anneau (S)
e) En déduire la valeur de la masse M2
On pourra résoudre ce problème après avoir traité le paragraphe 2) suivant
et les exercices proposés.
2) Les conditions d'équilibre
Manipulation : Le solide (S) est un morceau de carton léger de poids
négligeable subissant action des deux dynamomètres D1 et D2 -Réaliser le montage ci-contre -Vérifier sur le montage qu'à l'équilibre les fils des deux dynamomètres
sont alignés :
les forces mises en jeu ont donc . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Pour une position d'équilibre donnée, relever l'indication des
dynamomètres puis représenter sur le schéma [pic]);F1) en rouge et
[pic]);F2) en vert ; Echelle : 1cm pour ... N - Compléter le tableau des caractéristiques :
|Force |Point |Droite d'Action | Sens |Intensité |
| |d'Application | | | |
|[pic]);F| | | | |
|1) | | | | |
|[pic]);F| | | | |
|2) | | | | |
[pic]
Un solide soumis à deux forces est en équilibre si ces deux forces ont :
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Egalité vectorielle : . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . Application 1:
Indiquer dans chaque cas, si le solide est en équilibre ou non. Justifier
les réponses. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
. . . [pic]
EXERCICES : Ex1) Le système étudié est la boule (S) de poids 5N
suspendue au plafond par l'intermédiaire d'un fil a) La boule est soumise à 2 forces, lesquelles ? Indiquer leur nature : . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . Compléter le tableau des caractéristiques :
|Force |Point |Droite d'Action | Sens |Intensité |
| |d'Application | | | |
| | | | | |
| | | | | | b) Représentez sur le schéma ces forces sachant que la boule est en
équilibre (échelle : 2cm pour 5N) Ex2) Le solide (S) de masse 0,4 kg et de centre de gravité G est posé sur
un plan ?. ?l est donc soumis à son poids [pic]);P) et à la réaction du
plan [pic]);R).
a) Calculer son poids. (g =10 N/kg)
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . b) Dans les trois cas suivants, représentez les forces [pic]);P)
et [pic]);R) (échelle : 1cm pour 2N)
1er cas : (S) est immobile sur le plan horizontal,
2ème cas : (S) et en équilibre sur un plan incliné rugueux,
3ème cas : (S) est posé sur un plan incliné lisse. Peut-il être
en équilibre ?
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----------------- --------------------------------- Ex 3) Retour à la situation problème
Résoudre le
problème posé dans I) 1)
II°) SOLIDE SOUMIS À TROIS FORCES COPLANAIRES
1) Situation Problème
L'objet (S) ci-contre de centre de gravité G et de poids 2N
est en équilibre sur un plan incliné lisse grâce à la masse (M). 1) Compléter :
Le solide est en équilibre sous l'action de trois forces :
- son poids [pic]);P) appliqué en G
- . . . . . . . . . .
. .
- . . . . . . . . . .
. .
Les droites d'action des 3 forces se coupent en un même point ... ; on dit
qu'elles sont . . . . . .
2) Sachant que :
la réaction du plan [pic]);R) est perpendiculaire au plan incliné de ?=30°
par rapport à l'horizontale
et que la tension [pic]);T) est parallèle à ce plan , a) Quelles doivent être les intensités des forces [pic]);R) et [pic]);T)
afin que l'équilibre du solide (S) soit réalisé ?
b) Sachant que le poids de la masse suspendue M est égal à l'intensité de
la tension[pic]);T), calculer M. Pour résoudre ce problème, on étudiera d'abord le parag