CH12 : Solide en mouvement de translation



Documents pareils
TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

La gravitation universelle

Dimensionnement d une roue autonome pour une implantation sur un fauteuil roulant

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

1 Définition. 2 Systèmes matériels et solides. 3 Les actions mécaniques. Le système matériel : Il peut être un ensemble.un sous-ensemble..

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

Michel Henry Nicolas Delorme

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

M6 MOMENT CINÉTIQUE D UN POINT MATÉRIEL

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

La fonction exponentielle

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Système formé de deux points

Mathématiques et petites voitures

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

TP 7 : oscillateur de torsion

Chapitre 5 : Le travail d une force :

association adilca LE COUPLE MOTEUR

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

Cours de Mécanique du point matériel

Q6 : Comment calcule t-on l intensité sonore à partir du niveau d intensité?

Quantité de mouvement et moment cinétique

Unités, mesures et précision

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Repérage d un point - Vitesse et

La notion de temps. par Jean Kovalevsky, membre de l'institut *

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE

Chapitre 5. Le ressort. F ext. F ressort

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

LA PUISSANCE DES MOTEURS. Avez-vous déjà feuilleté le catalogue d un grand constructeur automobile?

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

PHYS-F-104_C) Physique I (mécanique, ondes et optiques) Solutions des questions d'examens ( )

Chap 8 - TEMPS & RELATIVITE RESTREINTE

1 Problème 1 : L avion solaire autonome (durée 1h)

SEANCE 4 : MECANIQUE THEOREMES FONDAMENTAUX

Premier principe : bilans d énergie

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

Mécanique. 1 Forces. 1.1 Rappel. 1.2 Mesurer des forces. 3BC - AL Mécanique 1

Fonctions de plusieurs variables

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

SCIENCES INDUSTRIELLES POUR L INGÉNIEUR. Partie I - Analyse système

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

C est un mouvement plan dont la trajectoire est un cercle ou une portion de cercle. Le module du vecteur position OM est constant et il est égal au

Travaux dirigés de magnétisme

CHAPITRE. Le mouvement en une dimension CORRIGÉ DES EXERCICES

SDLV120 - Absorption d'une onde de compression dans un barreau élastique

Mesure de la dépense énergétique

Chapitre 5: Oscillations d un pendule élastique horizontal

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE SESSION 2008 POSITIONNEUR DE PANNEAU SOLAIRE POUR CAMPING-CAR

Mécanique : Cinématique du point. Chapitre 1 : Position. Vitesse. Accélération

PHYSIQUE Discipline fondamentale

CHAPITRE. Le mouvement en deux dimensions CORRIGÉ DES EXERCICES

Continuité et dérivabilité d une fonction

CESAB P200 1,4-2,5 t. Transpalettes accompagnant. Spécifications techniques. another way

c-max le monte escalier universel monter et descendre les escaliers en toute sécurité

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

TD de Physique n o 1 : Mécanique du point

Précision d un résultat et calculs d incertitudes

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

L ADHÉRENCE ET LE GLISSEMENT DES PNEUMATIQUES

SYSTEME DE PARTICULES. DYNAMIQUE DU SOLIDE (suite) Table des matières

MOTO ELECTRIQUE. CPGE / Sciences Industrielles pour l Ingénieur TD06_08 Moto électrique DIAGRAMME DES INTER-ACTEURS UTILISATEUR ENVIRONNEMENT HUMAIN

Cours IV Mise en orbite

Nom : Groupe : Date : 1. Quels sont les deux types de dessins les plus utilisés en technologie?

Hassen Ghalila Université Virtuelle de Tunis

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

Trépier avec règle, ressort à boudin, chronomètre, 5 masses de 50 g.

Problèmes sur le chapitre 5

Chapitre 7 - Relativité du mouvement

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Physique et sécurité routière

Mécanique. Chapitre 4. Mécanique en référentiel non galiléen

Examen d informatique première session 2004

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

I. Polynômes de Tchebychev

TD 9 Problème à deux corps

AGENT EXCLUSIF AU MAROC NACELLES FAIBLES HAUTEURS. A déplacement manuel : Power Tower et Nano. Automotrices. Nano SP

CABLECAM de HYMATOM. Figure 1 : Schéma du système câblecam et détail du moufle vu de dessus.

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Utilisation des intégrales premières en mécanique. Exemples et applications.

Amphi 3: Espaces complets - Applications linéaires continues

véhicule hybride (première

Lecture graphique. Table des matières

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Série T modèle TES et TER

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

CONCOURS COMMUNS POLYTECHNIQUES

Les connexions. Multifonctions. Avantage. Forme ronde et non carrée :

Transcription:

BTS électrotechnique 1 ère année - Sciences physiques appliquées CH12 : Solide en mouvement de translation Motorisation des systèmes Enjeu : Problématique : En tant que technicien supérieur, il vous revient la charge de motoriser le chariot d un portique de chargement de bateau. Dans un premier temps, il faut déterminer les forces mécaniques mises en jeu dans le mouvement de translation pour répondre aux contraintes du cahier des charges. Ce calcul permettra par la suite, de déterminer la puissance mécanique nécessaire (chapitre suivant) et de dimensionner le moteur (programme de 2 ème année). A3. SOLIDE ET FLUIDE EN MOUVEMENT Rapport au programme : A3.1. Principe fondamental de la dynamique appliqué au solide : En mouvement de translation Objectifs : A l issue de la leçon, l étudiant doit : 12.1 Savoir calculer une vitesse moyenne connaissant la distance parcourue et la durée de parcours 12.2 Savoir déterminer un profil d accélération à partir d un profil de vitesse 12.2 Savoir calculer une durée de parcours pour un mouvement rectiligne uniforme, la vitesse étant connue 12.3 Savoir calculer une durée de parcours pour un mouvement rectiligne uniformément accéléré, l accélération la vitesse étant connue 12.4 Savoir différencier masse et poids 12.5 Savoir utiliser le PFD pour déterminer une accélération ou une force Travail à effectuer : 1. En utilisant l annexe, réaliser la fiche résumée du chapitre. 2. Réponse à la problématique : Le portique se compose d un bâti qui se déplace sur des rails sur le quai du port. Le bâti supporte un chariot de pont roulant de M=32 tonnes se déplaçant perpendiculairement au quai. Le chariot peut lever ou descendre des charges de masse m=50 tonnes. Du point de vue mécanique on est en présence de trois mouvements de translations indépendants, selon les trois axes. Cependant, dans la problématique, on s intéresse uniquement au déplacement du chariot

(suivant l axe des x). On donne le profil cinématique (profil de vitesse) du mouvement du chariot : La masse déplacée est M+m=82 tonnes. On cherche à déterminer le diagramme de la force F nécessaire au mouvement du chariot. 1 Calculer l accélération a dans les 7 phases du mouvement avec son signe. 2 On néglige toute force s opposant à l avancement (frottements). Faire le bilan des forces. 3- En déduire que F=(M+m)a. 4- En déduire la force F nécessaire au mouvement pour chaque phase avec son signe, puis représenter le diagramme de la force F (c est à dire la force en fonction du temps).

BTS Electrotechnique 1 ère année - Sciences physiques appliquées Annexe du CH12 : cours de mécanique sur les solides en translation 1. Qu est-ce la mécanique? La mécanique est l étude du mouvement des systèmes matériels et éventuellement de leur équilibre qui n est qu un cas particulier correspondant à l absence de mouvement. Nous nous bornerons à l étude du centre d inertie du solide : les systèmes seront ramenés à leur centre d inertie où sera supposée être concentrée la masse m du solide (point matériel). 2. Qu est-ce que la position? En mécanique il faut distinguer distance et position : La distance ou longueur (d,l) correspond à la dimension d un objet : elle est toujours positive. Exemples : longueur d une vis, largeur d une table, hauteur d un étage. La position (x,y,z) est la position dans un système de coordonnées d un objet sur un axe (1 dimension), un plan (2 dimensions) ou dans l espace (3 dimensions) par rapport à une origine ou point de référence (référentiel). Dans le cas de la translation le déplacement s effectue uniquement sur un axe. La position est alors repérée par une seule grandeur (souvent x pour un déplacement horizontal et z pour un déplacement vertical) qui peut être positive ou négative. 3. Qu est-ce que la trajectoire? La trajectoire est définie par l ensemble des positions occupées par le point matériel au cours du temps. Pour les mouvements de translations, la trajectoire est une droite (mouvement rectiligne). 4. Qu est-ce que la vitesse? La vitesse v est le rapport entre une distance et le laps de temps nécessaire pour parcourir cette distance. Pour une translation le long d un axe x, si la vitesse est constante durant le déplacement, on peut la calculer en utilisant la relation : [m.s- 1 ] v = x t [m] [s] Remarque : x correspond à la distance parcourue. Par exemple, un solide qui se déplace sur l axe des x de x initial = 1m à x final = 3m, il a parcourue une distance Δx = x final x initial = 3 1 = 2m Si la vitesse n est pas constante, on peut déterminer la vitesse instantanée en passant la notion de dérivée. En effet cela revient à utiliser la relation précédente pour une durée qui tend vers 0. Ce qui donne v = lim t 0 Δx Δt soit : v(t) = dx dt

Remarque : le " d " signifie dérivée par rapport au temps t. Par exemple, quand en mathématiques on dt écrit f (x), on pourrait utiliser la notation df dx. 5. Qu est-ce que l accélération? L accélération est le rapport entre une variation de vitesse et le laps de temps nécessaire pour réaliser cette variation. Si l accélération est constante durant le déplacement, on peut la calculer en utilisant la relation [m.s- 2 ] [m.s- 1 ] a = Δv Δt = v finale v initiale Δt [s] Si l accélération vitesse n est pas constante, on peut déterminer l accélération instantanée en passant la notion de dérivée : a(t) = dv dt 6. Quels sont les cas particuliers de mouvements de translation les plus fréquemment rencontrés? Le mouvement rectiligne uniforme : Le mouvement est dit rectiligne uniforme si la vitesse est constante. On a alors : v = Cte (a=0) On en déduit la position : dx dt = v x = vt + Cte Si à t=0, le mobile est à la position x=x 0, on obtient : x 0 = v 0 + C (avec C : constante) Ce qui donne x 0 = C et donc : x(t) = vt + x 0 x(t) x 0 = vt Δx(t) = vt Le mouvement rectiligne uniformément accéléré Le mouvement est dit rectiligne uniformément accéléré (ou varié) si son accélération est constante. Dans ce cas, la vitesse évolue alors linéairement. Ceci correspond à la chute libre (sans frottement) d'un objet lâché avec une vitesse initiale nulle ou dirigée verticalement. On a alors : a = Cte (V n est pas constant)

On en déduit la vitesse : dv dt = a v = at + C 1 Si à t=0 la vitesse initiale est v 0, on obtient : v 0 = a 0 + C 1 Ce qui donne v 0 = C 1 et donc : v(t) = at + v 0 De même, on en déduit la position : dx dt = v = at + v 0 x = 1 2 at2 + v 0 t + C 2 Si à t=0, le mobile est à la position x=x 0, on obtient : x 0 = 1 a 2 02 + v 0 0 + C 2 Ce qui donne x 0 = C 2 et donc : x(t) = 1 2 at2 + v 0 t + x 0 x(t) x 0 = 1 2 at2 + v 0 t Δx(t) = 1 2 at2 + v 0 t Rq : Dans la cas de la chute des corps, a =-g, où g est l'accélération de la pesanteur au lieu considéré. 7. Qu est-ce qu un référentiel Galiléen? On nomme par référentiel Galiléen tout référentiel en mouvement de translation uniforme par rapport au référentiel absolu (qui lui par définition est fixe) Dans la pratique on considèrera un référentiel comme Galiléen si le mouvement étudié dans celui-ci peut-être décrit par les lois de Newton sans écart avec l observation expérimentale. Exemple : le référentiel terrestre peut être considéré Galiléen pour l étude de la chute libre d un corps mais pas pour l étude de l expérience du pendule de Foucault 8. Que dit la première loi de Newton (Principe d inertie)? Dans un référentiel galiléen, le vecteur vitesse du centre d inertie d'un système est constant si et seulement si la somme des vecteurs forces qui s'exercent sur le système est un vecteur nul. Autrement dit, s'il n'y a pas de force qui s'exerce sur un corps (corps isolé), ou si la somme des forces s'exerçant sur lui est égale au vecteur nul (corps pseudo-isolé), la direction et la norme de sa vitesse ne changent pas ou, ce qui revient au même, son uniforme). accélération est nulle (mouvement rectiligne

9. Quelle est la différence entre la masse et le poids? La masse (en kg) exprime une quantité de matière. Le poids (en N ) exprime la force d attraction terrestre sur cette masse. Exemple : Sur la Terre, une masse de 100 kg exerce un poids de 981 N. Sur la Lune, une masse de 100 kg exerce un poids de 150 N. 10. Que dit la deuxième loi de Newton (Principe Fondamental de la Dynamique : PFD)? Soit un corps de masse m constante, l'accélération subie par un corps dans un référentiel galiléen est proportionnelle à la résultante des forces qu'il subit, et inversement proportionnelle à sa masse m. F ext = ma où F ext désigne les forces extérieurs exercées sur l'objet, m sa masse et a l'accélération de son centre d inertie G. Application : Imaginons un système soumis à un ensemble de forces : une voiture roulant sur du plat. On admet que la voiture se déplace vers la droite. Modélisée de manière très simplifiée, la voiture est soumise à 4 forces : 1- Son poids modélisé par P 2- La réaction normale du sol au niveau des roues, modélisée par R s'opposant, il n'y a donc pas de mouvement suivant la direction verticale) 3- La force motrice F m résultante de l'action du moteur 4- L'ensemble des forces de frottements modélisées par F r. (Ces deux premières forces Le mouvement suivant l'axe horizontal va dépendre de ces deux dernières forces. En effet, le PFD donne : R + F m + P + F R = ma La voiture se déplaçant en translation horizontalement, pour connaître la valeur de l accélération, on projette cette relation vectorielle sur un axe horizontal Ox orienté selon le sens de la vitesse. Les projections sur Ox des différents vecteurs donnent (l accélération est colinéaire à la vitesse pour une translation) : Fr R P F m R x = 0 ; F mx = F m ; P x = 0 ; F Rx = F R et a x = a v Ox

Par projection sur l axe Ox, la relation du PFD devient donc : F m F R = ma Trois cas sont alors possibles : si Fm (norme de la force motrice) est supérieure à Fr, il y a accélération vers la droite : la vitesse augmente. L'accélération est proportionnelle à (Fm Fr) ; le coefficient de proportionnalité étant la masse. si Fr est supérieure à Fm, il y a freinage : la vitesse diminue. Le freinage est proportionnel à (Fr-Fm) si Fr = Fm : il n'y a pas de modification de vitesse. En pratique : A l'arrêt Fm= 0 et Fr=0. pour démarrer, il faut appuyer sur l'accélérateur pour que Fm d soit supérieure à Fr d alors v augmente; mais ce n'est pas si simple car, la vitesse augmentant, la valeur de Fr augmente car Fr est fonction de v. la vitesse ne se stabilise donc à la valeur désirée, v, que lorsque ( de manière intuitive, avec son pied droit!) on a "trouvé" la bonne force Fm (v) égale à la valeur Fr (v). Dès qu'on "lève le pied droit", Fm (v) diminue: pendant quelques instants Fr (v) "prend l'avantage" et la vitesse diminue mais Fr (v) diminue également jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre dynamique soit trouvé à une nouvelle vitesse v'. Pour ralentir le véhicule de manière plus conséquente qu'en laissant jouer les forces de frottements naturelles, on agit sur le frein qui fait augmenter considérablement Fr (v), tout en enlevant son pied droit de la pédale d'accélérateur pour que Fm (v) devienne très faible ou nulle (ou s'inverse par effet de "frein moteur). A une vitesse donnée, dès qu'on aborde une montée, la projection du vecteur poids sur la direction du déplacement va s'ajouter à Fr (v) et par conséquent la vitesse diminue si on ne modifie pas Fm (v).