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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.

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Presentation Transcript
th me 1 les machines simples
Thème 1: Les machines simples
  • Les machines permettent aux humainsd’utiliserl’énergiedans 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.
slide3

Des machines simples

Plan

incliné

Levier

Roue

Et

Essieu

Vis

Clavette

Poulie

slide5

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.
3 types de leviers p 271
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)
slide7

Faisons-nous des exemples de chaque sorte de levier.

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

i

ton corps
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.
le travail
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

calculons
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 d

W = 2,0 N x 0,6 m

W = 1,2 J

plan inclin
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

Hauteur (H)

Longueur (L)

slide15

Intrant de travail: le travail que tu fais sur une machine (input).

  • Extrant de travail: le travail fait par la machine sur la charge.
gain m canique
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)

slide18

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 Nsur 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.

slide19

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

slide20

Permet de bouger des objets très lourds.

  • Permet de bouger des objets rapidement et plus loin.
faites les questions suivantes
Faites les questions suivantes :
  • Page 284

# 1, 2, 3, et 4

slide23

Un treuil p.260

  • Contient: un petit cylindre

(tambour) et unemanivelle

les engrenages p 287
Les engrenages p. 287
  • Roue d’engrenage
  • Train d’engrenages
  • Roue menante/roue motrice
  • Roue menée
slide25

Rapport de vitesse: la relation entre la vitesse de rotation d’une petite roued’engrenage et celled’unegranderoued’engrenage.

Rapport de vitesse =

nombre de dents de la rouemenante

÷

nombre de dents de la rouemenée

une poulie
Unepoulie
  • Se compose d’uneroue à

gorge et d’unecorde/chaîne qui

court sur la roue.

  • Peutêtrefixe

oufolle

slide28

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.
slide29

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

th me 3 l nergie la friction et le rendement
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
slide31

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.
slide32

Rendement=

Travail accompli par le levier sur la charge

÷

travail fourni au levier par la force

X 100

Le rendementn’estjamais 100% car il y a de la friction

slide33

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).
la transmission
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.

quiz des th mes 1 et 2 tudier
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).
slide36

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

La force (F) exercéesuruneaire (A) donées’appellepression (p).

Lorsque tu change l’aire, mais quand tu gardes la force constante, la pression change.

(ex. Les raquettes dans la neige).

calculer la pression
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

slide40

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 0,20m²

Botte = 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.*

slide42

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
slide43

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).

slide44

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
p f a
P = F ÷ A

Vérinhydraulique: se compose d’un petit cylindre et d’un grand cylindrereliés par un tuyau(remplis de fluidehydraulique).

slide46

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/cm²

Selon le principe de Pascal, cette pression se transmet à travers

la liquide. Un pression de 100 cm² est donc exercé sur l’aire du grand

piston.

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 le

petit piston.

slide47

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

slide49

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.
slide51

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.
slide52

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).

les a roglisseurs
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.
hydraulique la pneumatique et ton corps
Hydraulique, la pneumatique et ton corps
  • Le systèmerespiratoire de ton corps estplus complexequetouteautre machine pneumatique. Il dépend de changementsdans la pression de l’air.
  • Ce système compose de poumons et des muscles (tu respires et expires air).
slide56

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.
activit pg 328 de folles machines
Activité: pg. 328 De folles machines

Examiner l’illustration à la page 328.

  • Essaie de déterminer, étape par étape, comment fonctionne la machine de l’illustration. À quelle étape penses-tu qu’il y aura un problème?
  • Vidéo:

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

slide58

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.)

rubrique dessin de rube goldberg
Rubrique – dessin de Rube Goldberg
  • Le dessincontient 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

con ois une machine
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