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Les systèmes mécaniques

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Les systèmes mécaniques. Thème 1: Les machines simples. Les machines permettent aux humains d’utiliser l’énergie dans un façon plus efficace . Les machines nous aident à faire le travail. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Les systèmes  mécaniques

Les systèmes mécaniques

Page 2: Les systèmes  mécaniques

Thème 1: Les machines simples

• Les machines permettent aux humains d’utiliser l’énergie dans un façon plus efficace. Les machines nous aident à faire le travail.

• Les premiers machines étaient des appareils simples pour réduire le montant de travail: ex. déplacer une grande roche ou de lever des matériaux lourds. Ces machines simples utilisaient les humains ou les animaux comme le source d’énergie.

Page 3: Les systèmes  mécaniques

Des machines simplesPlan incliné Levier

Vis

Poulie

RoueEtEssieu

Clavette

Page 5: Les systèmes  mécaniques

• Levier: une machine simple qui permet de changer l’intensité de la force que tu dois exercer pour déplacer un objet.

• Point d’appui: un point fixe qui supporte le levier. C’est le pivot.

• Effort: la force exercée. C’est l’action.

• Charge: la masse de l’objet déplacé. • Bras de levier: la distance entre le

point d’appui et l’effort. • Bras de charge: la distance entre le

point d’appui et la charge.

Page 6: Les systèmes  mécaniques

3 types de leviers p.271• Levier du premier type:

– Le point d’appui est entre l’effort et la charge. (les pinces)• Levier du deuxième type:

– La charge est entre l’effort et le point d’appui. (une brouette)• Levier du troisième type:

– L’effort s’exercé entre le point d’appui et la charge. (un marteau, le bras)

Page 7: Les systèmes  mécaniques

• Faisons-nous des exemples de chaque sorte de levier.

• Qu’est-ce qui arrive quand on change le grandeur du bras de levier ?

i

Page 8: Les systèmes  mécaniques

Ton corps

• Ton corps possède des leviers du troisième genre, mais aussi du premier et deuxième genre.

• Tes os, tendons et muscles servent comme des leviers.

Page 9: Les systèmes  mécaniques

Le travail

• Le travail est l’énergie en action.• Lorsque tu exerces une force sur un objet et que tu déplaces cet

objet dans la direction de la force, tu fais du travail sur l’objet.• Le travail se mesure en joule (J) .• W = travail

–1 N (Newton) = 100 grammes–La force se mesure en N

W (travail) = Force x distance parcourue

Page 10: Les systèmes  mécaniques

2,0 N de force, distance de 0,6 m

0,6m

2,0N

Page 11: Les systèmes  mécaniques

Calculons..

• Suppose que tu exerces une force de 2,0N sur un levier. Tu lui aies fait parcourir une distance de 0,6m.

W = f x dW = 2,0 N x 0,6 mW = 1,2 J

Page 12: Les systèmes  mécaniques

Plan incliné

• Un plan incliné est une rampe ou une pente qui réduit la force que l’on doit exercer pour soulever un objet.

Rampe

Longueur (L)

Hauteur (H)

Page 13: Les systèmes  mécaniques
Page 14: Les systèmes  mécaniques

Quelle rampe demande le moins de force?

Page 15: Les systèmes  mécaniques

• Intrant de travail: le travail que tu fais sur une machine (input). • Extrant de travail: le travail fait par

la machine sur la charge.

Page 16: Les systèmes  mécaniques

Gain Mécanique = force produite ÷ force appliquée

500 N

2500 N

Page 17: Les systèmes  mécaniques

Gain Mécanique

• Le rapport entre la force produite par la machine et la force appliquée à la machine.

• On utilise la formule suivante pour calculer le gain mécanique:

Gain mécanique (GM) = force produite par la machine (Fp) ou charge force appliqué à la machine (Fa)

Page 18: Les systèmes  mécaniques

• Ex. Ton camion est pris dans la boue. Tu utilises une branche d’arbre comme levier pour sortir le camion. Si tu exerces une force de 500 N sur la branche et l’arrière du camion pèse 2 500 N, le gain mécanique du levier (branche) est 5.

Gain mécanique (GM) = force produite par la machine (Fp) ou charge force appliqué à la machine (Fa)

=2 500 N 500 N

= 5 (parce que c’est un ratio, on n’utilise pas les symboles) Alors, le levier a exercé une force 5 fois plus grande que tu as exercée sur lui.

Page 19: Les systèmes  mécaniques

• Tu pousses les pédales avec une force de 736 N• La bicyclette avance à une force de 81 N• Calcule le gain mécanique.Gain mécanique = Force produite par la machine

Force appliquée à la machine= 81 N 736 N= 0,11

Page 20: Les systèmes  mécaniques

• Permet de bouger des objets très lourds.

• Permet de bouger des objets rapidement et plus loin.

Page 21: Les systèmes  mécaniques

Faites les questions suivantes :

• Page 284# 1, 2, 3, et 4

Page 22: Les systèmes  mécaniques

Thème 2: Le treuil, la roue d’engrenage et la poulie

Page 23: Les systèmes  mécaniques

Un treuil p.260 • Contient: un petit cylindre (tambour) et une manivelle

Page 24: Les systèmes  mécaniques

Les engrenages p. 287

• Roue d’engrenage• Train d’engrenages• Roue menante/roue motrice• Roue menée

Page 25: Les systèmes  mécaniques

• Rapport de vitesse: la relation entre la vitesse de rotation d’une petite roue d’engrenage et celle d’une grande roue d’engrenage.

Rapport de vitesse = nombre de dents de la roue menante

÷ nombre de dents de la roue menée

Page 26: Les systèmes  mécaniques
Page 27: Les systèmes  mécaniques

Une poulie

• Se compose d’une roue à gorge et d’une corde/chaîne qui court sur la roue.• Peut être fixe

ou folle

Page 28: Les systèmes  mécaniques

• Poulie fixe: attachée à une objet qui ne bouge pas, comme un plafond, mur ou un arbre.

• Poulie folle: est attaché à une autre objet, souvent par une corde enroulée autour de la poulie même.

Page 29: Les systèmes  mécaniques

• Un palan: un système de poulies très complexe (combinaison de poulies fixes et de poulies folles).

Page 30: Les systèmes  mécaniques

Thème 3: L’ énergie, la friction et le rendement

• L’ énergie ne se crée pas et ne se détruit pas

• L’ énergie peut se convertir

• Énergie cinétique

• Énergie potentielle

Page 31: Les systèmes  mécaniques

• Rendement: la rendement d’une machine indique la portion de l’énergie fournie à la machine qui est transférée à la charge par la machine.

• On exprime le rendement avec un pourcentage.

Page 32: Les systèmes  mécaniques

• Rendement =Travail accompli par le levier sur la charge

÷ travail fourni au levier par la force

X 100

Le rendement n’est jamais 100% car il y a de la friction

Page 33: Les systèmes  mécaniques

• Énergie cinétique: énergie du mouvement (ex. Les pédales qui tournent sur un bicyclette).

• Énergie potentielle: l’énergie emmagasinée (ex. une grande partie de l’énergie des machines et de ton corps est emmagasinée sous forme d’énergie chimique, ou énergie potentielle chimique).

Page 34: Les systèmes  mécaniques

La transmission

• L’énergie peut être transmise.• Dans la transmission de l’énergie, l’énergie est

transférée d’un endroit à un autre, sans être transformée ni convertie.

Ex: La chaîne de ta bicyclette relie le plateau au pignon, ou les fils électrique dans ta maison.

Page 35: Les systèmes  mécaniques

Quiz des thèmes 1 et 2: À étudier…

Thème 1: • Les parties d’un levier et les genres de leviers

avec des exemples (1er genre, 2e genre, 3e genre).• Le travail – comment calculer le travail avec un

formule (mesuré en joules).• Un plan incliné – définition/fonction• Gain mécanique – formule/comment calculer

(écrit en rapport).

Page 36: Les systèmes  mécaniques

Thème 2: • Les treuils (les parties d’un treuil et des

exemples)• Les roues d’engrenages (types de roues – ex.

menante et menée)• Comment calculer le rapport de vitesse

(formule)• Les poulies (fixe et folle) et les palans

Page 37: Les systèmes  mécaniques

• Comme révision, travailler sur les questions à la page 303:

1 à 13

Page 38: Les systèmes  mécaniques

Theme 4: La force, la pression et l’aire

La force (F) exercée sur une aire (A) donée s’appelle pression (p).

Lorsque tu change l’aire, mais quand tu gardes la force constante, la pression change. (ex. Les raquettes dans la neige).

Page 39: Les systèmes  mécaniques

Calculer la pression

• Formule: Pression (p) = Force (F)Aire (A)

N’oubliez pas…La force s’exprime en Newtons (N)L’aire s’exprime en mètres carrés (m²)

L’unité de la pression = N/m²

Page 40: Les systèmes  mécaniques

• Calcule la différence de pression exercée sur la neige entre le fait d’être debout sur un pied chaussé d’une raquette et d’être debout sur un pied chaussé d’une botte.

Raquette = aire de 0,20m²Botte = aire de 0,05m²

*Indice: pour convertir des livres en kg, on multiplie par 2,2.Pour convertir des kg en Newtons, on multiple la masse en kg par 10 et ça nous donne Newtons.*

Page 42: Les systèmes  mécaniques

• Principe de Pascal: dans un fluide incompressible confiné, la pression est transmise dans toutes les directions et perpendiculairement aux parois du contenant.

• Ex: Expérience avec la vase

Page 43: Les systèmes  mécaniques

• Vérin hydraulique: un système mécanique qui permet de soulever les objets lourds. Il utilise un fluide sous pression dans un système fermée (ex. soulever les automobiles).

Page 44: Les systèmes  mécaniques

• Le vérin hydraulique utilise un fluide sous pression dans un système fermé.

• Un système fermé est un ensemble d’éléments isolé de son environment.

• Ex. d’un système fermé: le système circulatoire

Page 45: Les systèmes  mécaniques

P = F ÷ AVérin hydraulique: se

compose d’un petit cylindre et d’un grand cylindre reliés par un tuyau (remplis de fluide hydraulique).

Page 46: Les systèmes  mécaniques

Suppose que tu exerces une force de 500N sur le liquide de piston 1, dont l’aire est de 5cm².

P = F/A = 500 N / 5 cm² =100 N/cm²Selon le principe de Pascal, cette pression se transmet à travers la liquide. Un pression de 100 cm² est donc exercé sur l’aire du grandpiston.

MAIS, l’aire du grand piston est plus grand (50 cm²). Alors, la force totale exercée sur le grand piston sera de 100 N/cm² x 50 cm² = 5000 N.

En autres mots, c’est 10 fois la force exercée sur lepetit piston.

Page 47: Les systèmes  mécaniques

• En résumé, un vérin hydraulique utilise un liquide pour produire une grand force sur une charge quand une petit force est exercée sur le liquide

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Thème 5: Les systèmes hydrauliques et pneumatiques

Page 49: Les systèmes  mécaniques

• Les systèmes hydrauliques: systèmes de liquides qui transmettent la pression.

• Se comprend des systèmes fermés (les liquides ne sortent pas).

• Les liquides sont incompressibles – cette caractéristique permet au systèmes hydrauliques de faire un travail.

Page 50: Les systèmes  mécaniques

Pinces de désincarcération: utilise l’hydrauliquepour couper l’acier.

Page 51: Les systèmes  mécaniques

• Les systèmes pneumatiques: les systèmes gazeux qui transmettent de l’énergie.

• Ils sont des systèmes ouverts: le gaz dans les systèmes s’échappe après avoir fait le travail.

• Les gaz sont compressibles – ils changent facilement le volume.

Page 52: Les systèmes  mécaniques

• Les pistolets à eau ‘Super Soaker’ démontrent bien comment des gaz comprimés peuvent effectuer un travail (en projeter de l’eau à cause de l’air qui rempli le pistolet).

Page 53: Les systèmes  mécaniques

Exemples de systèmes pneumatiques:

Page 54: Les systèmes  mécaniques

Les aéroglisseurs

• Utilisent des pompes qui aspirent l’air de l’extérieur et le pompent dans les trous du fond du véhicule.

• La ‘jupe’ qui entoure la base contient suffisamment d’air pour supporter le poids de l’aéroglisseur.

Page 55: Les systèmes  mécaniques

Hydraulique, la pneumatique et ton corps

• Le système respiratoire de ton corps est plus complexe que toute autre machine pneumatique. Il dépend de changements dans la pression de l’air.

• Ce système compose de poumons et des muscles (tu respires et expires air).

Page 56: Les systèmes  mécaniques

• Ton cœur est un machine hydraulique importante. Il peut faire circuler environ 500 millions de litres de sang.

• Le sang circule dans les artères, les capillaires et les veines avant de revenir au cœur.

Page 57: Les systèmes  mécaniques

Activité: pg. 328 De folles machines

Examiner l’illustration à la page 328.1) Essaie de déterminer, étape par étape, comment

fonctionne la machine de l’illustration. À quelle étape penses-tu qu’il y aura un problème?

2) Vidéo:http://www.youtube.com/watch?v=qybUFnY7Y8w

Page 58: Les systèmes  mécaniques

• 2) Dessine ta propre invention de Rube Goldberg sur papier. Ton invention pourra servir à ouvrir la porte quand on appuie sur la sonnette, à remuer le contenu d’une marmite, à vêtir quelqu’un d’un chapeau et d’un foulard ou même à faire plusieurs tâches à la fois.

**Ton dessin contiendra au moins QUATRE étapes et le plus grand nombre possible de machines (leviers, treuils, rampes, engrenages, poulies, hydrauliques, etc.)

Page 59: Les systèmes  mécaniques

Rubrique – dessin de Rube Goldberg

• Le dessin contient au moins QUATRE étapes qui sont bien dessinés /4 L’appareil/l’invention contient un nombre suffisant de machines simples (2 ou 3) /4

• L’appareil/l’invention est bien représenté dans le forme d’un dessin /4 Note: /12

Page 60: Les systèmes  mécaniques

Devoir pour mercredi, le 23 mai:

Pg. 325

1, 2, 3, 4, 5

Page 61: Les systèmes  mécaniques

Conçois une machine! • Ta machine doit avoir un levier (indique le type) et un

système d’engrenages (indique la roue menante et la roue menée). /5

• Ta machine doit avoir un des éléments suivants: /1– Un plan incliné– Un treuil– Une poulie

• Quel est le travail accompli par ton levier? Démontre tes calculs et écris ta réponse en phrase complète. /3

• Quel est la gain mécanique de ta machine? Tu peux inventer tes statistiques. Démontre tes calculs et écris ta réponse en phrase complète. /3