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SITUATION SITUATION HYPOTHESE SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES ETUDE EXPERIMENTALE SYNTHESE ET CONCLUSION SEQUENCE DETENTE REFLEXION DOCUMENT DACCOMPAGEMENT.

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2 SITUATION SITUATION HYPOTHESE SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES ETUDE EXPERIMENTALE SYNTHESE ET CONCLUSION SEQUENCE DETENTE REFLEXION DOCUMENT DACCOMPAGEMENT

3 REFLEXION !!!! Le professeur de français du lycée G B, passionné de voile, est confronté à un problème. - Le dimanche de la semaine dernière, il essaye de remonter le courant dune rivière en vain. Le voilier, malgré tous les efforts déployés ne bouge pas. - Le dimanche suivant, il recommence exactement les mêmes manœuvres, ET MIRACLE, le voilier remonte le courant de la rivière. Seules, les conditions climatiques ont changé entre ces deux jours. Pouvez vous laider à comprendre ce changement de situation?

4 SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES : 45° 20°30° Vent Moteur Courant SITUATION : Unité graphique 1cm représente1000 N Un voilier immobilisé, essaye de remonter le courant dune rivière : Pour y parvenir,il lève lancre, hisse les voiles pour profiter de la force du vent et utilise la force de ses moteurs.

5 NOMMEZ LES FORCES AGISSANT SUR LE VOILIER Poids du voilier P Force de leau sur le voilier (poussée dArchimède) F eau\voilier Force du vent sur le voilier F vent \ voilier Force du moteur F moteur\voilier Force du courant F courant\voilier

6 Cependant, seules 3 forces peuvent être retenues. Pourquoi et lesquelles ?? G Le poids et la force de leau sur le voilier sont des forces opposées: elles sannulent car : Les trois forces à retenir sont donc : Force du vent sur le voilier F vent\voilier Force du moteur F moteur\voilier Force du courant F courant\voilier

7 SOUS LACTION DE CES TROIS FORCES, LE VOILIER RESTE-T-IL IMMOBILE ? Caractéristiques des forces ForceP t ADirectionSensValeur (N) F V/v O F M/v O F C/v O 45° ° ° 2000 Hypothèse : Solide reste immobile si: 45° 20° 30° Conclusion : Le voilier ne reste pas immobile car : Unité graphique :1cm représente 1000 N F C/v F M/v F C/v Il est soumis à une force F tel que: F(résultante)

8 SITUATION Vent 30° Courant 60° Moteur SOUS LACTION DE CES TROIS FORCES, LE VOILIER PARVIENDRA T-IL A DEMARRER ? On remarquera que les trois droites daction se coupent en un même point

9 Caractéristiques des forces: situation ForceP t ADirectionSensValeur (N) F V/v O F M/v O F C/v O 60° ° ° 30° Conclusion : Le voilier reste immobile car : Unité graphique: 1cm représente 1000 N F C/v F M/v F C/v HYPOTHESE EMIS DANS LA SITUATION : Solide soumis à 3 forces reste immobile si : Dynamique des forces

10 HYPOTHESE CONDITIONS DEQUILIBRE DUN SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES Vent Courant Moteur Les trois droites sont concourantes en un même point La somme des trois vecteurs est un vecteur nul O 60° 30° O F V/v F M/v F C/v

11 ETUDE EXPERIMENTALE: VERIFICATION DE VOTRE HYPOTHESE Confirmer votre hypothèse en réalisant une expérience dun solide en équilibre soumis à trois forces Exemple déquilibre: Une lampe suspendue par deux câbles est maintenue en équilibre. Matériel disponible par groupe: dN Balance Cylindre = lampe Axes magnétiques Dynamomètres Câble1 câble 2 Règle et rapporteur

12 ModélisationCaractéristiques des forcesDynamique des forces et conclusion G R O U P E Force PA Direction Sens Valeur G R O U P E Force PA Direction Sens Valeur CLASSECLASSE Bilan des forces: ……………………………………. - …………………………………… Interprétation par les élèves des différents résultats obtenus : Conclusion sur lhypothèse émise : Conclusion générale (si besoin) donnée par le professeur sur léquilibre dun solide soumis à trois forces.

13 SEQUENCE DETENTE Deux bateaux sont dans le Pacifique. L'un, de 35 m de long, navigue vers le sud. L'autre, de 40 m de long, navigue vers le nord. Question : Comment s'appellent les capitaines? Ils sappellent par radio!

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15 EQUILIBRE DUN SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES Ojectifs: - Faire découvrir les conditions déquilibre dun solide soumis à trois forces. - Utiliser le triangle des forces pour déterminer les caractéristiques dune force. Pré requis : - Généralités sur les forces o Caractéristiques dune force o Représentation vectorielle dune force - Poids dun corps o Relation entre poids et masse - Equilibre dun solide soumis à 2 forces - Forces composantes et force résultantes Déroulement du cours : 1°) Poser une problématique à partir dune situation qui pose la question de léquilibre ou non d'un solide soumis à trois forces (ou de son immobilité). Conjecturer une hypothèse en sappuyant sur les conditions déquilibre dun solide soumis à deux forces (à savoir )

16 2°) Vérification de lhypothèse par des expériences en groupes. A partir dune liste de matériel, les élèves doivent réaliser léquilibre dun solide. Aucune exigence nest donnée, seule la condition émise dans lhypothèse importe. Après chaque équilibre réalisé, faire noter les caractéristiques des forces et construire le triangle des forces afin de vérifier lhypothèse. 3°) Observation des résultats et des montages des différents groupes ; Les élèves saperçoivent que la condition déquilibre de létude préalable est vérifiée quelques soient les forces utilisées pour léquilibre de lobjet. Distribuer le deuxième document sur lequel les élèves vont modéliser le travail de deux groupes. Débat en classe sur le bien fondé de lhypothèse émise. Conclusion sur léquilibre dun solide soumis à trois forces 4°) Exploitation des acquis pour retrouver les caractéristiques dune force manquante par lintermédiaire dun TP. Voir TP suivant Introduction de force de réaction et force de frottement.

17 TP : Equilibre dun solide soumis à 3 forces Exemple de TP MECANIQUE Un véhicule est immobilisé sur un ponton par un treuil. Il ny a plus de frein à main, seul le câble assure limmobilisation de la voiture. Le ponton fait un angle de 30° par rapport à lhorizontale Quelle doit être la force du pont sur la voiture F P/v pour que celle-ci soit maintenue en équilibre ? NB : Cette force est appelée Réaction du pont sur le véhicule PROBLEME : Matériel disponible par groupe de travail : dN Plan incliné = Ponton Cylindre = Voiture Fil à plomb Axes magnétiques Dynamomètre = Treuil Bilan des forces sexerçant sur le cylindre : P = ……..N ………………………………… …………………………………. P = ……..N

18 ModélisationCaractéristiques des forcesDynamique des forces Tracer sur la modélisation les droites daction des trois forces et vérifier quelles sont concourantes en un même point. ForceP t dappli- cation DirectionSens valeur N

19 RESOLUTION DU PROBLEME : Résolution graphiqueRésolution algébrique Mesurer le vecteur force représentant la force de réaction R. En déduire la force R. R = ……………. Du triangle des forces obtenu, calculer la force de réaction R. Remarque : Le triangle obtenu traduisant léquilibre du solide est rectangle : (pensez au théorème de Pythagore) ForceP t dapplication DirectionSensValeur Donner les caractéristiques de la force R : VERIFICATION EXPERIMENTALE : Remplacer le plan incliné par un dynamomètre en respectant les caractéristiques de R.


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