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Les systèmes mécaniques. Thème 1: Les machines simples Les machines permettent aux humains dutiliser lénergie dans un façon plus efficace. Les machines.

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1 Les systèmes mécaniques

2 Thème 1: Les machines simples Les machines permettent aux humains dutiliser lénergie 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 dénergie.

3 Plan incliné Levier Vis Poulie Roue Et Essieu Clavette

4

5 Levier: une machine simple qui permet de changer lintensité de la force que tu dois exercer pour déplacer un objet. Point dappui: un point fixe qui supporte le levier. Cest le pivot. Effort: la force exercée. Cest laction. Charge: la masse de lobjet déplacé. Bras de levier: la distance entre le point dappui et leffort. Bras de charge: la distance entre le point dappui et la charge.

6 3 types de leviers p.271 Levier du premier type: – Le point dappui est entre leffort et la charge. (les pinces) Levier du deuxième type: – La charge est entre leffort et le point dappui. (une brouette) Levier du troisième type: – Leffort sexercé entre le point dappui et la charge. (un marteau, le bras)

7 Faisons-nous des exemples de chaque sorte de levier. Quest-ce qui arrive quand on change le grandeur du bras de levier ?

8 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.

9 Le travail Le travail est lénergie 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 lobjet. 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

10 2,0 N de force, distance de 0,6 m 0,6m 2,0N

11 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

12 Plan incliné Un plan incliné est une rampe ou une pente qui réduit la force que lon doit exercer pour soulever un objet. Rampe Longueur (L) Hauteur (H)

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14 Quelle rampe demande le moins de force?

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

16 Gain Mécanique = force produite ÷ force appliquée

17 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)

18 Ex. Ton camion est pris dans la boue. Tu utilises une branche darbre comme levier pour sortir le camion. Si tu exerces une force de 500 N sur la branche et larrière du camion pèse 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 cest un ratio, on nutilise pas les symboles) Alors, le levier a exercé une force 5 fois plus grande que tu as exercée sur lui.

19 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

20 Permet de bouger des objets très lourds. Permet de bouger des objets rapidement et plus loin.

21 Faites les questions suivantes : Page 284 # 1, 2, 3, et 4

22 Thème 2: Le treuil, la roue dengrenage et la poulie

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

24 Les engrenages p. 287 Roue dengrenage Train dengrenages Roue menante/roue motrice Roue menée

25 Rapport de vitesse: la relation entre la vitesse de rotation dune petite roue dengrenage et celle dune grande roue dengrenage. Rapport de vitesse = nombre de dents de la roue menante ÷ nombre de dents de la roue menée

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27 Une poulie Se compose dune roue à gorge et dune corde/chaîne qui court sur la roue. Peut être fixe ou folle

28 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.

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

30 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

31 Rendement: la rendement dune machine indique la portion de lénergie fournie à la machine qui est transférée à la charge par la machine. On exprime le rendement avec un pourcentage.

32 Rendement = Travail accompli par le levier sur la charge ÷ travail fourni au levier par la force X 100 Le rendement nest jamais 100% car il y a de la friction

33 Énergie cinétique: énergie du mouvement (ex. Les pédales qui tournent sur un bicyclette). Énergie potentielle: lénergie emmagasinée (ex. une grande partie de lénergie des machines et de ton corps est emmagasinée sous forme dénergie chimique, ou énergie potentielle chimique).

34 La transmission Lénergie peut être transmise. Dans la transmission de lénergie, lénergie est transférée dun 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.

35 Quiz des thèmes 1 et 2: À étudier… Thème 1: Les parties dun levier et les genres de leviers avec des exemples (1 er genre, 2 e genre, 3 e 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).

36 Thème 2: Les treuils (les parties dun treuil et des exemples) Les roues dengrenages (types de roues – ex. menante et menée) Comment calculer le rapport de vitesse (formule) Les poulies (fixe et folle) et les palans

37 Comme révision, travailler sur les questions à la page 303: 1 à 13

38 Theme 4: La force, la pression et laire La force (F) exercée sur une aire (A) donée sappelle pression (p). Lorsque tu change laire, mais quand tu gardes la force constante, la pression change. (ex. Les raquettes dans la neige).

39 Calculer la pression Formule: Pression (p) = Force (F) Aire (A) Noubliez pas… La force sexprime en Newtons (N) Laire sexprime en mètres carrés (m²) Lunité de la pression = N/m²

40 Calcule la différence de pression exercée sur la neige entre le fait dêtre debout sur un pied chaussé dune raquette et dêtre debout sur un pied chaussé dune 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.*

41 Yc&NR=1 Yc&NR=1

42 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

43 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).

44 Le vérin hydraulique utilise un fluide sous pression dans un système fermé. Un système fermé est un ensemble déléments isolé de son environment. Ex. dun système fermé: le système circulatoire

45 P = F ÷ A Vérin hydraulique: se compose dun petit cylindre et dun grand cylindre reliés par un tuyau (remplis de fluide hydraulique).

46 Suppose que tu exerces une force de 500N sur le liquide de piston 1, dont laire 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 laire du grand piston. MAIS, laire 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, cest 10 fois la force exercée sur le petit piston.

47 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

48 Thème 5: Les systèmes hydrauliques et pneumatiques

49 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.

50 Pinces de désincarcération: utilise lhydraulique pour couper lacier.

51 Les systèmes pneumatiques: les systèmes gazeux qui transmettent de lénergie. Ils sont des systèmes ouverts: le gaz dans les systèmes séchappe après avoir fait le travail. Les gaz sont compressibles – ils changent facilement le volume.

52 Les pistolets à eau Super Soaker démontrent bien comment des gaz comprimés peuvent effectuer un travail (en projeter de leau à cause de lair qui rempli le pistolet).

53 Exemples de systèmes pneumatiques:

54 Les aéroglisseurs Utilisent des pompes qui aspirent lair de lextérieur et le pompent dans les trous du fond du véhicule. La jupe qui entoure la base contient suffisamment dair pour supporter le poids de laéroglisseur.

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

56 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.

57 Activité: pg. 328 De folles machines Examiner lillustration à la page )Essaie de déterminer, étape par étape, comment fonctionne la machine de lillustration. À quelle étape penses-tu quil y aura un problème? 2)Vidéo:

58 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 dune marmite, à vêtir quelquun dun chapeau et dun 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.)

59 Rubrique – dessin de Rube Goldberg Le dessin contient au moins QUATRE étapes qui sont bien dessinés /4 Lappareil/linvention contient un nombre suffisant de machines simples (2 ou 3) /4 Lappareil/linvention est bien représenté dans le forme dun dessin /4 Note: /12

60 Devoir pour mercredi, le 23 mai: Pg , 2, 3, 4, 5

61 Conçois une machine! Ta machine doit avoir un levier (indique le type) et un système dengrenages (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


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