MATÉRIAUX & INGÉNIERIE MÉCANIQUE Exercices de révision

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1 MATÉRIAUX & INGÉNIERIE MÉCANIQUE Exercices de révision 1) À quelle contrainte est assujettie l objet ou partie d objet écrit en gras dans les situations suivantes? SITUATION CONTRAINTE Un mécanisme pousse sur le manche d une clé à molette pour serrer un écrou. David est debout sur un pèse-personne. Noémie ouvre un pot de beurre d arachides en faisant tourner le couvercle. Olivier coupe des feuilles de laitue pour faire une salade. Mégan s assoit sur une chaise qui a 4 pattes. La tige d un boulon est serré au moyen d une clé à mollette. Hugo tire Julien avec une corde. Les parois d un sous-marin doivent à résister à l immense pression de l eau. COMPRESSION COMPRESSION TORSION CISAILLEMENT COMPRESSION TORSION TRACTION FLEXION 2) Les énoncés suivants sont-ils vrai ou faux? S il est faux rectifiez-le. a) Lorsqu un morceau subit des forces qui tendent à l écraser, on dit qu il est soumis à une contrainte de compression. VRAI, parce que, lorsqu il est écrasé, le morceau subit des forces vers l intérieur = compression. b) Lorsqu un morceau subit des forces qui tendent à l e découper, on dit qu il est soumis à une contrainte de traction. FAUX, parce que, lorsqu on découpe un morceau, c est la contrainte de cisaillement. c) Lorsqu un morceau subit des forces qui tendent à le courber, on dit qu il est soumis à une contrainte de torsion. FAUX, parce que, lorsqu on courbe un morceau, c est la contrainte de flexion. d) Lorsqu un morceau subit des forces qui tendent à l étirer, on dit qu il est soumis à une contrainte de flexion. FAUX, parce que, lorsqu on étire un morceau, c est la contrainte de traction (force vers l extérieur).

2 3) Avec l appareil illustré ci-contre, Simon fait des exercices d extension des genoux. a) 1 ) Quelle partie de l appareil subit une contrainte de compression? (Encerclez la en rouge) 2 ) Quel est le symbole de cette contrainte? b) 1 ) Quelle partie de l appareil subit une contrainte de traction? (Encerclez la en bleu) 2 ) Quel est le symbole de cette contrainte? c) 1 ) À quelle contrainte les jambes de l homme sont-elles soumises? Les jambes sont soumises à la contrainte de flexion. 2 ) Quel est le symbole de cette contrainte? 4) Complétez les phrases suivantes en utilisant une des propriétés des matériaux. a) La malléabilité de l aluminium permet d en faire des contenants minces. b) La résilience du polypropylène fait de celui-ci un bon matériau pour les pare-chocs des automobiles. c) À cause de la dureté de l acier, on sent sert souvent pour façonner des outils de construction. d) La ductilité du cuivre permet de l utiliser pour fabriquer des fils électriques. e) L élasticité du nylon et de certains aciers spéciaux fait en sorte qu on les emploie souvent pour fabriquer des petits ressorts. f) La fragilité (rigidité) de la céramique fait qu elle se casse plus facilement que l acier.

3 5) Voici des matériaux et leurs principales propriétés: À partir de ces informations, remplissez le tableau souvent: Pièce à fabriquer Lame de ciseaux de couture Propriétés recherchées - Dureté élevée - Résistance à la corrosion Matériau choisi ACIER INOXYDABLE TREMPÉ Bac coloré d une jardinière suspendue - Légèreté - Résistance à la corrosion - Malléabilité - Durabilité - Coût faible POLYÉTHYLÈNE Pare-brise d une voiture pour poupée - Grande transparence - Légèreté - Durabilité POLYCARBONATE (LEXAN ) Plat de cuisson transparent pour le four - Résistance à la chaleur - Transparence - Durabilité VERRE BOROSILICATÉ (PYREX )

4 6) Quelle propriété mécanique veut-on tester lorsque a) une pièce est attachée à un mors, qu elle est étirée et qu on mesure la déformation de la pièce? On teste la ductilité de la pièce. b) une pièce est placée sur un appareil, qu elle est frappée par une pointe de diamant et qu on mesure la profondeur de l empreinte? la dureté. c) une pièce est placée entre 2 pièces qui la compriment et qu on mesure la déformation de la pièce? On teste la malléabilité de la pièce. 7) Parmi les propriétés suivantes: dureté, élasticité, fragilité et résilience, laquelle est, principalement, recherchée pour la fabrication d une jante de roue d automobile? la résilience Pourquoi? parce que la jante de roue doit conserver son apparence même si elle reçoit des petits cailloux ou autre détritus présents sur la route. 8) Voici une bouteille de shampoing. Dans le couvercle, il y a 2 liaisons: une assurée par des chanières pour fermer le couvercle et l autre pour la protubérance qui assure l étanchéité. a) Quelles sont les caractéristiques de la liaison assurée par la charnière? - Liaison indirecte (utilisation de la charnière). - Liaison indémontable (pièces inséparables sans bris). - Liaison rigide (la charnière ne peut pas être étirée ou compressée). - Liaison partielle (le dessus du couvercle peut bouger seul). b) Combien de degrès de liberté la charnière fournit-elle? Lesquelles? 1 seul degré de liberté: une rotation X (R X ). c) Quelles sont les caractéristiques de la liaison entre l ouverture dans la base du couvercle et la protubérance qui assure l étanchéité? Liaison directe (aucun organe de liaison), indémontable, rigide et partielle. d) Combien de degrès de liberté la protubérance fournit-elle au-dessus du couvercle par rapport à sa base? Lesquelles? 1 seul degré de liberté: une translation Y (T Y ).

5 9) Quelles sont les caratéristiques des liaisons dans les objets suivants:. a) la liaison entre la tête et le corps de la flûte traversière? Pourquoi? - Liaison directe (aucun organe de liaison est utilisée). - Liaison démontable (on peut séparer la tête et le corps de la flûte). - Liaison rigide (rien ne peut être étiré ou compressé). - Liaison partielle (la tête peut bouger indépendamment du corps). b) la liaison entre les pages du manuel Synergie? Pourquoi? - Liaison indirecte (utilisation de colle entre les pages). - Liaison indémontable (pages inséparables sans briser la colle). - Liaison rigide (la colle ne peut pas être étirée ou compressée). - Liaison partielle (les pages bougent indépendamment l une de l autre). c) entre le manche et le poêlon d) entre les 2 branches de la du poêlon à frire? Pourquoi? poiçonneuse? Pourquoi? - Indirecte (utilisation de rivet). - Indirecte (utilisation de rivet). - Indémontable (bris du rivet). - Indémontable (bris du rivet). - Rigide (rien s étire- se compresse).- Rigide (rien s étire/se compresse) - Complète (tout bouge ensemble). - Partielle (branches indépendantes) 10) Gabriel veut contruire des automobiles. Il s interroge sur les caractéristiques des liaisons entre le châssis et les roues. Quelles sont ces caractéristiques? Pourquoi? Entre la châssis et les roues Gabriel doit avoir une liaison indirecte, démontable, élastique et partielle parce qu on utilise un ressort qu on peut défaire pour les réparations, qui doit assurer une certaine stabilité du châssis lorsque les roues rencontrent les imperfections de la route et qui permet au châssis et aux roues de bouger indépendamment l une de l autre.

6 11) Sandrine a, sur sa table de travail, un pot de liquid paper, un pousse-mine et une paire de ciseau. a) Parmi ces objets, lesquels possèdent un système de guidage? Les trois ont un organe de guidage: le pot de liquid paper, le pousse-mine et la paire de ciseau. b) Pour chacun des objets cités en a), quel est l organe de guidage? - pot de liquid paper ; le filet qui permet de visser le bouchon. - pousse-mine: la mine a un diamètre plus petit que le pousse-mine. - paire de ciseau: le rivet ou vis qui relie les 2 branches du ciseau. c) Pour chacun des objets cités en a), quel est le type de guidage? - le filet (pot de liquid paper ); un guidage hélicoïdal. - le diamètre plus petit (pousse-mine); un guidage en translation. - le rivet ou la vis (paire de ciseau); un guidage en rotation. 12) Voici comment fonctionne le système qui permet de régler le siège. La vis en 1 sert à bloquer le siège dans la position désirée. En 4, on a la potence du siège. Y a-t-il des systèmes de guidage qui sont présents dans le système d ajustement de la selle? Lesquels? Pour chacun quel est l organe de guidage? Il y a 2 systèmes de guidage: - Guidage en translation à cause du diamètre plus petit de la potence. - Guidage hélicoïdal du filet de la vis de blocage. 13) Pourquoi dans les entrepôts utilise-t-on parfois des transporteurs à rouleaux (illustration) plutôt que de faire glisser les caisses sur une surface lisse? Les transporteurs à rouleaux diminuent le frottement entre les caisses et les rouleaux car les surfaces de contact sont plus petites qu entre les caisses et une surface lisse. 14) a) Qu a-t-on besoin pour assurer un guidage en translation? D un organe de quidage qui joue le rôle d un rail. b) Pourquoi ajoute-t-on des roulettes aux glissières de certains tiroirs? On ajoute des roulettes pour diminuer le frottement entre les 2 parties du rail. Cela permet au tiroir de mieux glisser sur son rail.

7 15) Voici un patin à roues alignées: a) Quelle pièce identifiée est un organe de guidage? L essieu. b) Quelle est la pièce guidée? La roue. c) Quel est le type de guidage? C est un guidage en rotation. d) Quelle est la particularité qui permet à l organe de guidage de jouer son rôle? L organe du guidage (essieu) a un diamètre frein de talon plus petit que le trou de la roue qui permet de les relier. Bloc essieu e) Pour arrêter, un patineur bascule son pied vers l arrière pour que le frein en caoutchouc entre en contact avec le sol. Que se passe-t-il pour que le frein joue son rôle? (Votre explication doit faire intervenir les concepts de frottement ou d adhérence ou les 2.) Roue Essieu Pour que le frein joue son rôle, il faut augmenter le frottement entre le frein et le sol. Le caoutchouc permet une meilleure adhérence entre le frein et le sol ce qui contribue à son efficacité. f) Pourquoi le frein est-il en caoutchouc plutôt qu en acier? Le frein est en caoutchouc parce que l adhérence entre le caoutchouc et l asphalte (ou le ciment) est de beaucoup supérieur qu entre l acier et l asphalte (ou le ciment). g) Pourquoi le frein sera-t-il plus efficace si le patineur appuie fortement son frein sur le sol? En appuyant fortement le frein sur le sol, on augmente la force perpendiculaire qui agit sur le sol et ainsi on augmente l adhérence entre le frein et le sol et par le fait même son efficacité. h) Le freinage est-il plus efficace par temps chaud ou frais? Pourquoi? Le freinage est plus efficace par temps chaud parce que l adhérence augmente lorsque la température est élevée. 16) Dans les mécanismes d horlogerie, on utilise des engrenages plutôt que des roues de friction. Pourquoi? On utilise des engrenages plutôt que des roues de friction pour éliminer le facteur adhérence dans l efficacité du mécanisme. Il est certain que le frottement provoque l usure des dents mais une bonne lubrification permet de pallier ce désagrément.

8 17) Dans les systémes suivants, quel est le sens de rotation de chaque roue ou de chaque poulie? a) b) 18) a) Quel type de système de transmission de mouvement transmet la rotation du moteur aux fouets? C est le système roue dentée et vis sans fin. b) Quel est l organe moteur de ce système? L organe moteur est la vis sans fin. c) Quel est l organe mené? Les organes menés sont les roues dentées. d) Quel est l organe intermédiaire? Il n y a aucun organe intermédiaire. e) A-t-on un système réversible? Non Que se passerait-il si on forçait directement sur les fouets pour les faire tourner Fouets manuellement? On briserait le mécanisme car la vis sans fin ne peut pas bouger lorsque les roues dentées deviennent l organe moteur. f) Dans quel sens tourne les fouets l un par rapport à l autre? Les 2 roues dentées vont en sens inverse l une de l autre. Illustration: roue derrière roue avant 19) Une roue d engrenage de 10 dents fait tourner une autre roue dentée de 40 dents. La vitesse de la roue menante est de 12 tours/min. Quelle est la vitesse de la roue menée? v menée = 3 tours/min menante: 10 dents rapport = dents roue menante = 10 dents = 0,25 menée: 40 dents engrenage dents roue menée 40 dents v menante : 12 tours/min v menée = rapport d engrenage x v menante v menée = 0,25 x 12 tours/min = 3 tours/min

9 20) Une roue dentée de 24 dents est reliée par une chaîne de 0.90 m à une autre roue dentée de 16 dents qui tourne à une vitesse de 30 tours/min. Quelle est la vitesse de la 1ère roue? v menante = 20 tours/min menante: 24 dents rapport = dents roue menante = 24 dents = 1,50 menée: 16 dents engrenage dents roue menée 16 dents v menée : 30 tours/min v menée = rapport d engrenage x v menante L chaîne : 0,90 m 30 tours/min = 1,50 x v menante v menante = 30 tours/min 1,50 v menante = 20 tours/min 21) Une courroie relie une roue motrice de 20 cm de diamètre à une autre roue de 15 cm de diamètre. La vitesse de la 1ère roue est de 40 tours/min. Quelle est la vitesse de la roue menée? v menée = 53,3 tours/min menante: 20 cm rapport de = diamètre roue menante = 20 cm = 1,33 menée: 15 cm diamètre diamètre roue menée 15 cm v menante : 40 tours/min L chaîne : 0,90 m v menée = rapport de diamètre x v menante v menée = 1,33 x 40 tours/min v menante = 53,3 tours/min 22) La figure illustre le mécanisme d un tube de colle. a) Quel type de transformation de mouvement retrouve-t-on dans ce mécanisme? C est un système vis - écrou. b) Quel est l organe moteur? C est la vis. c) Est-ce un système réversible? Pourquoi? Ce n est pas un système réversible parce qu il est impossible de bouger l écrou parce qu habituellement ça l est. d) Pour faire monter la colle on tourne la mollette vers la droite. Que se passe-t-il si on la tourne vers la gauche? Pourquoi? Si on tourne la mollette vers la gauche, le système bougera dans l autre sens. Ainsi, le bâton de colle descendra. Molette

10 23) a) Le système de direction d une auto est-il un système de transmission ou de transformation de mouvement? Pourquoi? Un système de transformation de mouvement parce qu on a un mouvement de rotation qui provoque un mouvement de translation b) Quel est son nom? Système à pignon et à crémaillère. c) Quels sont les différents organes présents dans un système? organe moteur: le pignon qui bouge par la rotation du volant. organe récepteur: la crémaillère qui fait bouger en translation les roues. 24) Voici l endroit où les pistons d une voiture permet le fonctionnement d un moteur. a) Quels sont les 2 systèmes de transformation de mouvement présents ici? (Un est en haut et l autre en bas) En haut: système à came et à tige guidée. En bas: système manivelle, bielle et coulisse. b) Pour chaque système, quels sont les différents organes qui le compose? 1 ) Système à came et à tige guidée: organe moteur: tige guidée organe récepteur: came 2 ) Système manivelle, bielle et coulisse: organe moteur: manivelle organe récepteur: bielle et coulisse c) À quoi servent les ressorts? Les ressorts servent à garder le contact permanent entre la came et la tige guidée. d) À quel type de guidage le piston est-il soumis? Le piston est soumis à un guidage en translation. e) Combien de degrès de liberté en translation le piston dispose-t-il? Lesquels? Un seul degré de liberté: translation Y (T Y ). f) Pourquoi, dans un moteur, le piston doit-il être lubrifié? Il faut lubrifier le piston pour diminuer le frottement avec la paroi, favoriser le glissement et éviter l usure. Piston