Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI - 2016/2017 HYGIÈNE ET TÉ COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? TP 1 «Tous les engins de levage nécessitent-ils la même force?» Aborder Analyser/Raisonner Réaliser Valider 1. On donne ci-dessous quatre façons permettant de lever une charge lourde. Associer chaque procédure au nom de l engin de levage utilisé. Communiquer Levage avec poulie simple Levage avec levier Levage simple Levage avec deux poulies 2. «Tous ces engins de levage nécessitent-ils le déploiement de la même force pour soulever une même charge?» Émettre une hypothèse répondant à la question, en l explicitant. 3. Associer chaque type d engin de levage avec le schéma du montage permettant la modélisant en laboratoire de celui-ci : Montage 1 Montage 2 Montage 3 Montage 4 Levage avec poulie simple Levage avec levier Levage simple Levage avec deux poulies Appel n 1 : Faire vérifier les choix du montage et les justifier oralement 4. Étude du levage simple a. À l aide d une balance, déterminer m du solide, puis calculer la valeur de son poids P (g = /kg). m =... kg P =... b. Pour déterminer la valeur de la force F, exercée par l opérateur, réaliser le montage 2 et mesurer F. F =... Appel n 2 : Faire vérifier la mesure. 2TP.P.C. / ACTIVITE 1/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? c. Conclure, aux incertitudes de mesures près (cocher la ou les bonne(s) réponse(s)) F P. Les forces F et P ont la même droite d action. Les valeurs des forces sont différentes. Les forces ont le même sens. 5. Étude du levage avec poulie simple a. Pour déterminer la valeur de la force F 1, exercée par l opérateur, réaliser le montage 1 et mesurer F1. F1 =... b. Comparer les valeurs de F1 et de P :... Appel n 3 : Faire vérifier la mesure c. Conclure, aux incertitudes de mesures près (cocher la ou les bonne(s) réponse(s)) Les forces F 1 et P ont la même droite d action. Les valeurs des forces F 1 et P sont différentes. La poulie permet de réduire la valeur de la force nécessaire au levage. La poulie change la direction et le sens de la force nécessaire au levage sans en changer la valeur. 6. Étude du levage avec deux poulies a. Pour déterminer la valeur de la force F 2, exercée par l opérateur, réaliser le montage ci-contre et mesurer F2. F2 =... b. Comparer les valeurs de F2 et de P :... Appel n 4 : Faire vérifier la mesure c. Conclure, aux incertitudes de mesures près (cocher la ou les bonne(s) réponse(s)) Les forces F 2 et P ont la même droite d action. Les valeurs des forces F 2 et P sont différentes. Le dispositif permet de réduire la valeur de la force nécessaire au levage. Le dispositif change la direction et le sens de la force nécessaire au levage sans changer la valeur. F2 P 2. 7. Étude du levage avec levier a. Pour déterminer la valeur de la force F 3, exercée par l opérateur, réaliser le montage ci-contre et mesurer F3. F3 =... b. Comparer les valeurs de F3 et de P :... da = L 3 Appel n 5 : Faire vérifier la mesure db = 2L 3 c. Conclure, aux incertitudes de mesures près (cocher la ou les bonne(s) réponse(s)) Les forces F 3 et P sont différentes. Les forces F 3 et P ont la même droite d action. Le dispositif permet de réduire la valeur de la force nécessaire au levage. Le dispositif change la direction et le sens de la force nécessaire au levage sans changer la valeur. F3 P 2. da L Poulie Poulie mobile db brins verticaux 8. Confirmer ou infirmer l hypothèse formulée à la question initiale, en l explicitant. 2TP.P.C. / ACTIVITE 2/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? TP 2 «Quel est le principe de fonctionnement d un palan?» Aborder Analyser/Raisonner Document Une grue à tour comporte une flèche qui peut pivoter autour de l vertical de la tour. La charge et son équipement peuvent se déplacer le long de la flèche. Ces mouvements sont commandés par des moteurs électriques pilotés par le conducteur de la grue. On désire étudier le palan (système de levage) afin de connaître la valeur de la force exercée par les moteurs électriques en fonction de la charge à soulever. Réaliser Document Contre-flèche Lest Poste de pilotage Tour Lest Valider Flèche Charge utile Document vers moteurs électriques Communiquer Charge utile ystème de levage : Palan Câble 1. Combien de brins comporte le palan du document?... 2. «Le nombre de brins d un palan a-t-il de l importance?» Émettre une hypothèse répondant à la question, en l explicitant............. 3. Parmi les montages suivants, lequel permet de modéliser le palan de la grue du document? Poulies s Poulies mobiles Poulies mobiles Poulies s Poulies s Poulies mobiles Poulies mobiles Poulies s 2TP.P.C. / ACTIVITE 3/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? 4. Palan constitué d'une poulie mobile associée à une poulie. a. À l'aide de la balance électronique, déterminer la masse d'une poulie mobile : Mp =... kg b. Réaliser le montage cicontre : Axe Poulie Equipage mobile à 2 brins brin 2 brin 1 F brin 1 (D) brin 2 Equipage Poulie mobile Poulie mobile mobile masse M = 200 g masse M = 200 g Appel n 1 : Faire vérifier le montage c. Lire la valeur F de la force F indiquée par le dynamomètre F =... N. d. Pour calculer la valeur P du poids, on considère la masse totale de l équipage mobile : Mtotale = M + Mp. Compléter le tableau ci-dessous : Masse M (en kg) 0,2 Mtotale = M + Mp (en kg) P = Mtotale g (en N) (au dixième). F (en N) Prendre g = /kg. La condition d équilibre d un équipage mobile à n brins se traduit par la relation P = nf. Cette relation est-elle vérifiée dans le cas à deux brins ci-dessus, soit : P = 2F? Justifier la réponse....... 5. Palan constitué de deux poulies mobiles associées à deux poulies s : Déterminer le nombre de brins liés à l équipage mobile : n = brins Equipage mobile (masse M P ) a. Placer sur la balance électronique les deux poulies mobiles ainsi que la réglette. Déterminer, en kg, la masse de M P : M P = kg M Appel n 2 : Faire vérifier la détermination du nombre de brins et la mesure de M P. b. Réaliser le montage ci-contre : les brins sont verticaux. Appel n 3 : Faire vérifier le montage c. Compléter le tableau suivant : Masse M (en kg) 0,2 Mtotale = M + M P (en kg) P (en N) (au dixième) d. Calculer F à l aide de la relation : P = n F :... Poulie Axe Poulie mobile Poulie M = 200 g Axe Poulie mobile Barre 2TP.P.C. / ACTIVITE 4/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? e. Remplacer l un des s par un dynamomètre en veillant à maintenir le système en équilibre. f. Lire la valeur F de la force exercée par le dynamomètre : F =... N Appel n 4 : Faire vérifier la valeur de F g. Comparer cette valeur à celle trouvée précédemment.... 6. Confirmer ou infirmer l hypothèse formulée à la question initiale, en l explicitant. 7. Application : Étude du système de levage d'une grue à tour. ystème de levage : Palan vers moteurs électriques Équipage mobile Masse de l équipage mobile M équip Charge utile Charge totale M totale = M équip + M u Charge utile M u Les caractéristiques de la charge sont les suivantes : charge utile Mu = 1 tonne =.. kg ; masse de l équipage mobile Mequip. = 200 kg Calcul de la charge totale : Mtotale =... Calcul de la valeur P du poids correspondant à la charge totale Mtotale : P =... Étude du système de levage par poulies : Nombre de brins liés à l équipage mobile : n = brins Quelle est la valeur F de la force exercée par les moteurs sur le câble pour déplacer la charge? F = N 1. Moment d une force par rapport à un TP 3 «De quoi dépend la force exercée sur un bras de Levier?» Aborder Analyser/Raisonner Réaliser Valider Communiquer 1. Parmi les figures suivantes, dans quel cas la porte va-t-elle effectuer une rotation sous l action de la force F? 2. Pour fermer cette porte, il y a trois possibilités offertes (pousser en A, en B ou en O). 3. Dans quel cas est-il le plus difficile de dévisser l écrou avec une clé à pipe?... Dans quel cas est-ce le plus facile?... a. Dans quel cas la porte ne tournera-t-elle pas? b. Dans quel cas l effort à fournir sera-t-il moindre? 2TP.P.C. / ACTIVITE 5/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? 4. Les deux situations ci-contre présentent deux façons de soulever une caisse avec un levier. Dans quel cas le manutentionnaire utilisera le moins de force? 5. «Pour une même charge, de quel facteur dépend la force exercée sur un bras de levier?» Émettre une hypothèse répondant à la question, en l explicitant. 6. Parmi les montages suivants, lequel permet de modéliser le bras de levier présenté dans la situation de la question 4., (on fera varier la distance d dans les différents protocoles expérimentaux)? d d d d Appel n 1 : Faire vérifier le choix du montage et le justifier oralement 7.a. Réaliser le montage validé par le professeur. On veillera à ce que la barre soit horizontale. Appel n 2 : Faire vérifier la réalisation du montage b. Faire quatre mesures différentes, en faisant varier la distance d, et noter les résultats des mesures dans les deux premières lignes du tableau suivant. On veillera à ce que la barre soit toujours horizontale. force F (en N) distance d (en m) F d (en N.m) c. Effectuer les calculs de F d dans la dernière ligne du tableau. d. Comparer les différents résultats du produit F d, (aux incertitudes de mesure près).... 8. Confirmer ou infirmer l hypothèse formulée à la question initiale, en l explicitant. Exercice 1 On exerce une force F verticale et de valeur 20 N sur la poignée du vilebrequin. Quel est le moment de cette force par rapport à l? Exercice 2 Calculer le moment de la force F par rapport à l O de l écrou. On donne : F = 150 N ; OA = 21,6 cm OB = 25 cm ; = 12,5 cm 2TP.P.C. / ACTIVITE 6/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 Exercice 3 g = 9,8 N/kg Un cycliste de masse m = 70 kg appuie de tout son poids sur la pédale de sa bicyclette. 1. Calculer la valeur de son poids 2. Calculer le moment de son poids par rapport à l du pédalier ( = 18 cm). COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? Exercice 4 Un dispositif conçu pour les personnes ne disposant que d un bras valide permet de tourner le volant d une voiture à l aide d une boule fixée sur le volant. Le volant tourne dés qu un moment de 3 Nm est appliqué. Calculer la valeur de la force minimum qu il faut exercer pour tourner le volant (rayon R = 230 mm). 2. Moment d un couple de forces ACTIVITE «Qu est-ce qu un couple de force?» Dans la vie courante, nous exerçons fréquemment des actions mécaniques qui provoquent un mouvement de rotation. Citons par exemple : l action de la main sur le tire-bouchon, l action des deux mains sur la volant de la voiture, l action des deux mains sur une clé en croix pour dévisser les écrous d une roue. Dans chaque cas, nous exerçons un couple de forces (deux forces interviennent). i on note F 1 et F 2 ces deux forces, on note le couple de force C (F1,F 2 ) Exemples : F 1 Le tournevis exerce un couple de forces C (F1,F 2 ) sur la vis F 2 Le couple de forces C (F1,F 2 ) exercé par les mains provoque la mise en rotation de la clé.. A l aide de ces deux exemples : 1. Que peut-on dire des droites d actions des deux forces du couple?... 2. Que peut-on dire des sens des deux forces du couple?... 3. Que peut-on dire des valeurs des deux forces du couple?... Exercice 5 Quel(s) schéma(s) représentent un couple de force? Justifier les réponses. 15 N Exercice 6 : Clé à griffe La pièce cylindrique, pour être correctement serrée, doit être soumis à un couple de forces C (F,F ) d'intensité F = F = 20 dan. On sert un tube de diamètre 8 cm. Calculer alors le moment du couple de forces C (F,F ). 2TP.P.C. / ACTIVITE 7/8
Lycée des Métiers LEONARD DE VINCI (33) Laboratoire de Mathématiques ciences Physiques et Chimiques C. DUPONT - http://eolipyle.free.fr 2TP 1617 AC Moment.docx 2016/2017 3. Conditions d équilibre COMMENT FACILITER LE MUTENTION DIFFICILE? TP 4 «Comment prévenir les risques d accidents?» Aborder Analyser/Raisonner Réaliser Un engin de chantier (schématisé ci-contre) de masse M1 = 2 000 kg doit soulever les gravats de masse totale M2. Le poids P 1 de l engin de chantier est appliqué en son centre de gravité G1. Le poids total P 2 des gravats est appliqué au centre de gravité G2. 1. Que risque t-il de se passer si la masse M2 est trop importante? (on précisera la réponse)......... Valider Communiquer 2. «Quelle est la masse maximale M2 de pierres qui peut être chargée sans risque?» Proposer un montage qui modélise la situation de l engin chargé de pierres pour pouvoir répondre à la question précédente. On dispose du matériel suivant : Matériel Quantité disponible Quantité souhaitée P 1 1,2 m Proposition de montage : O 1,6 m Dynamomètre 1... Barre à trous 2... Axe magnétique 2... Masses marquées 1 boite... Poulie 1... Appel n 1 : Faire vérifier la proposition et la justifier oralement 2. Mettre en œuvre le montage proposé ou rectifié par le professeur. Appel n 2 : Faire vérifier le montage expérimental une fois la masse déterminée 3. Rendre compte de l expérimentation, et conclure en répondant à la question posée. Exercice 7 : Brouette Pour transporter de la terre, on utilise une brouette. Le système brouette-terre peut tourner autour du point O. Il a un poids P de valeur 600 N appliqué au point G. L action exercée par les mains est équivalente à une force unique F appliquée au point M 1. À partir des distances inscrites sur le schéma, déterminer les distances des droites d action de P et de F à l de rotation O. 2. Quel est le moment du poids P par rapport au point O? 3. À partir du théorème des moments, calculer la valeur de F pour maintenir la brouette en équilibre. 2TP.P.C. / ACTIVITE 8/8