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.

Des machines simples Plan incliné Levier Roue Et Essieu Vis Clavette Poulie

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 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)

i 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 possède des leviers du troisième genre, mais aussi du premier et deuxième genre. Tes os, tendons et muscles servent comme des leviers.

W (travail) = Force x distance parcourue 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

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

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 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)

Quelle rampe demande le moins de force?

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 Mécanique = force produite ÷ force appliquée

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)

Gain mécanique (GM) = force produite par la machine (Fp) ou charge 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.

Calcule le gain mécanique. 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

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

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

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

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

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

nombre de dents de la roue menante ÷ nombre de dents de la roue menée 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

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

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.

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

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

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.

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

Énergie cinétique: énergie du mouvement (ex 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 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 thèmes 1 et 2: À étudier… 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).

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

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

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).

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

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.*

http://www.youtube.com/watch?v=_TKe5rBJeYc&NR=1

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

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).

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

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.

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

Thème 5: Les systèmes hydrauliques et pneumatiques

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.

Pinces de désincarcération: utilise l’hydraulique pour couper l’acier.

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.

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).

Exemples de systèmes pneumatiques:

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 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).

Ton cœur est un machine hydraulique importante 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.

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

2) Dessine ta propre invention de Rube Goldberg sur papier 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 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

Devoir pour mercredi, le 23 mai: Pg. 325 1, 2, 3, 4, 5

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