Actions mécaniques et interactions dans le ... - Planetephysique
PFS Graphique - TD Grue d'atelier. Construction Mécanique ... 2.1) D'après le
graphe des actions mécaniques figure 3, donnez le nombre d'actions ...
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TP cours physique n°16
Actions mécaniques et interactions dans le référentiel terrestre
Objectifs du TP :
- Introduire les actions mécaniques, les interactions dans le référentiel terrestre.
- Utiliser les diagrammes objets-interactions.
Action mécanique
Effet exercé par une action mécanique
On identifie une action mécanique par les effets quelle exerce.
Une action mécanique peut engendrer deux types deffets :
- Un effet statique (absence de mouvement)
déformation
- Un effet dynamique (existence dun mouvement)
modifier le mouvement (vitesse ou trajectoire)
Décrire les actions exercées dans les cas suivants :
Quel est leffet de laction exercée par la pomme sur une petite branche ?
...
Quels sont les effets de l'action exercée par la raquette sur la balle?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par la crémaillère sur le chaudron?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par la statue sur l'étagère?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par l'étagère sur la statue?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par le skieur sur la neige?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par la neige sur le skieur?
...
Quel est l'effet de l'action exercée par un joueur de rugby qui intercepte un ballon?
...
Auteur et receveur dune action mécanique
Une action mécanique est toujours exercée par un auteur sur un receveur.
Dans les exemples décrits dans la partie pour lesquels vous avez identifié laction exercée, identifier à présent lauteur et le receveur de laction et compléter les deuxième et troisième colonnes du tableau ci-dessous.
ActionAuteurReceveurAction répartieAction localiséea.b.c.d.e.f.g.h.
Action mécanique répartie et localisée - point dapplication
On appelle une action mécanique répartie, une action mécanique s'exerçant en tout point d'une surface ou d'un volume.
On dira qu'une action mécanique est localisée lorsqu'elle agit sur une petite zone assimilable à un point : le point d'application.
A laide de ces définitions, compléter les quatrième et cinquième colonnes du tableau ci-dessus (on mettra une croix dans la case correspondante).
Action de contact et à distance
Les actions à distance s'exercent même s'il n'y a pas contact entre l'auteur et le receveur.
Pour une action de contact, il y a nécessairement contact entre lauteur et le receveur.
Remarque : dans le référentiel terrestre, laction à distance exercée par la terre sur un autre objet est toujours à prendre en considération, on lappelle poids.
e) Exemples :
- La Lune subit une action
..
.. exercée par
.
..
- Une pomme qui tombe dun arbre subit une action
.. exercée par .
..
- Les huit actions décrites précédemment sont-elles toutes de contact ou à distance ?
.
...
Interactions
Introduction
Dans de nombreuses situations de la vie courante, un corps exerce une action sur un corps et réciproquement le second agit sur le premier. Ces corps sont en interaction.
Exemple: Le pouce enfonce une punaise dans un mur.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Description de laction (1) :
Effet de laction (1) :
.
...
..
Auteur de laction (1) :
.
...
...
Receveur de laction (1) :
...
Description de laction (2) :
Effet de laction (2) :
.
...
..
Auteur de laction (2) :
.
...
...
Receveur de laction (2) :
...
On peut alors dire que la punaise et le pouce sont en
...
Diagramme objets-interactions
Il permet de faire un bilan des objets étudiés, des interactions qui les lient et enfin de faire un bilan des forces (paragraphe suivant) sappliquant sur un objet considéré.
Représentation des objets : Nom de lobjet
Représentation des interactions :
A distance :
De contact :
Exemples
Boule suspendue par un fil à la branche dun sapin
La terre attire la boule et le fil à distance
Fil et boule sont en interaction de contact.
Application : construire les diagrammes objets-interactions pour chaque interaction
a.
Fil électrique suspendu à un pylône.b.
Bouée retenue par une corde à la surface de leau.
c.
Truite suspendue à un fil de pêche.
d.
Airbus A380 en suspension dans lair
e.
Orange déformant une branche.
f.
Le soldat de marathon annonçant la victoire de Jean-Pierre Cortot (musée du Louvres)
g.
Pomme posée sur une table.
Système mécanique
Définition : on appelle système mécanique lensemble des objets que lon désire étudier. Tout le reste est le milieu extérieur.
a) Exemple :
On étudie le système {boule}
Branche et Terre sont extérieurs au système.
b) Application :
Dans les exemples cités précédemment, le système étudié est colorié en rose. Indiquer, dans chaque cas, le système et les objets avec lesquels il est en interaction (on précisera si linteraction est à distance ou de contact, localisée ou répartie).
SystèmeObjets avec lesquels le système est en interaction, type dinteractiona.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Modélisation dune action mécanique par le Vecteur force
Modélisation dune action localisée : le vecteur force
1. Considérons une gymnaste tirant sur un élastique accroché à un mur par lintermédiaire dune poignée.
2. Le référentiel détude est le référentiel terrestre.
3. On considère le système mécanique {la gymnaste + poignée}.
4. Lélastique exerce une action mécanique sur le système mécanique.
On dit qu'il exerce une force sur ce système.
5. La force est caractérisée par :
- une direction : la direction de lélastique.
- un sens : de la gymnaste vers le mur.
- une valeur : la valeur d'une force s'exprime en Newton, de symbole N dans le système international. Elle se mesure avec un dynamomètre.
- un point dapplication : le point de contact entre la poignée et lélastique.
- Direction
- Sens
- Valeur sont les caractéristiques de la force localisée.
- point d'application
Une force localisée est l'association d'un point d'application et dun vecteur QUOTE caractérisé par sa direction, son sens et sa norme.
Un vecteur force peut être représenté par une flèche en utilisant une échelle.
6. La droite passant par le point d'application de fa force et qui a la même direction que celle-ci est appelée droite d'action de la force.
7. Pour lexemple étudié, représenter QUOTE , de valeur F = 500 N. On prendra comme échelle: 1 cm représente 100 N. b) Cas dune action mécanique répartie
1. L'action mécanique du vent sur le voilier est due aux nombreux chocs des molécules de l'air en chaque point de la voile.
2. On peut considérer qu'une action mécanique répartie résulte dun grand nombre de petites forces élémentaires appliquées en chacun des points de la surface de contact.
3. L'ensemble des forces élémentaires est équivalent à un vecteur force QUOTE unique appliqué en un point de la zone d'action.
c) Quelques exemples de forces à connaître
Force considéréeOrigine de la forceType daction mécanique à lorigine de la forcePoids QUOTE force exercée par la terre sur tout systèmeAction à distanceAction répartieRéaction du support QUOTE force exercée par le support où repose le systèmeAction de contactAction répartieTension dun fil QUOTE force exercée par un fil non extensible sur un systèmeAction de contactAction localiséeRappel QUOTE force exercée par un élastique ou un ressort sur un systèmeAction de contactAction localiséeForce électrique QUOTE force exercée par une particule chargée sur un systèmeAction à distanceAction répartiePoussée dArchimède QUOTE force exercée par un liquide sur un objet plongé dedansAction de contactAction répartie d) Exemple :
On identifie les actions exercées par les objets extérieurs sur le système {boule}
Les forces à prendre en compte sont :
Le poids QUOTE de la boule, exercé par la terre
La tension QUOTE exercée par le fil
e) Application :
Dans les exemples étudiés au II., indiquer les forces sexerçant sur le système étudié.
On précisera lobjet à lorigine de ces forces.
Systèmeles forces sexerçant sur le système étudiéObjet à lorigine de la forcea.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Exercice 1
Un bonhomme tire une caisse sur le sol grâce à une corde:
1. Compléter le diagramme objets-interactions
2. Le système étudié est la caisse.
Faire un bilan des forces sexerçant sur la caisse :
-
-
-
3. On étudie plus particulièrement la force de traction exercée par la corde et le bonhomme sur la caisse.
Qui est lauteur de laction ?
-
Cette action est-elle localisée ou étendue ?
-
Cette action est-elle de contact ou à distance ?
-
4. Donner les caractéristiques de la force et représenter le vecteur QUOTE associé.
Direction :
Sens :
Valeur : 150 N ; échelle : 1 cm représente 100 N
Point dapplication :
Exercice 2
Une roue maintient la carrosserie dun véhicule.
1. Compléter le diagramme objets-interactions
2. Le système étudié est la roue.
Faire un bilan des forces sexerçant sur la roue :
-
-
-
3. On étudie plus particulièrement réaction du sol QUOTE exercée sur la roue.
Qui est lauteur de laction ?
-
Cette action est-elle localisée ou étendue ?
-
Cette action est-elle de contact ou à distance ?
-
4. Donner les caractéristiques de la force et représenter le vecteur QUOTE associé.
Direction :
Sens :
Valeur : 7600 N ; échelle : 1 cm représente 2000 N
Point dapplication :
PAGE
Exerce une action (1) sur
Exerce une action (2) sur
Terre
Boule
Fil
Pylône
Terre
Fil électrique
Terre
Bouée
Eau de mer
Corde
Terre
Truite
Fil de pêche
Terre
Air
AirbusA380
Terre
Orange
Branche
Terre
socle
Sol
statue
Terre
Sol
Pomme
table
Terre
Boule
Fil
gymnaste
poignée
élastique
Terre
Boule
Fil
Corde + bonhomme
Caisse
Sol
Terre
Roue
Carrosserie
Sol
Terre
