SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES REFLEXION SITUATION  SITUATION  HYPOTHESE ETUDE EXPERIMENTALE SYNTHESE ET CONCLUSION SEQUENCE DETENTE DOCUMENT D’ACCOMPAGEMENT

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 d’une 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 l’aider à comprendre ce changement de situation?

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

NOMMEZ LES FORCES AGISSANT SUR LE VOILIER  Poids du voilier P  Force de l’eau sur le voilier (poussée d’Archimède) Feau\voilier  Force du vent sur le voilier Fvent\voilier  Force du moteur Fmoteur\voilier  Force du courant Fcourant\voilier

Cependant, seules 3 forces peuvent être retenues Cependant, seules 3 forces peuvent être retenues. Pourquoi et lesquelles ?? Le poids et la force de l’eau sur le voilier sont des forces opposées: elles s’annulent car : G Les trois forces à retenir sont donc :  Force du vent sur le voilier Fvent\voilier  Force du moteur Fmoteur\voilier  Force du courant Fcourant\voilier

SOUS L’ACTION DE CES TROIS FORCES, LE VOILIER RESTE-T-IL IMMOBILE ? Caractéristiques des forces Hypothèse : Solide reste immobile si: O FC/v FM/v FV/v Valeur (N) Sens Direction Pt A Force Unité graphique :1cm représente 1000 N F (résultante) 45° 3000 FC/v 30° 20° 4500 45° FC/v FM/v 20° 30° 2000 Conclusion : Le voilier ne reste pas immobile car : Il est soumis à une force F tel que:

SITUATION  60° Vent Moteur 30° Courant SOUS L’ACTION DE CES TROIS FORCES, LE VOILIER PARVIENDRA T-IL A DEMARRER ? On remarquera que les trois droites d’action se coupent en un même point

HYPOTHESE EMIS DANS LA SITUATION : Solide soumis à 3 forces reste immobile si : Caractéristiques des forces: situation  Dynamique des forces O FC/v FM/v FV/v Valeur (N) Sens Direction Pt A Force Unité graphique: 1cm représente 1000 N 3000 60° 5000 30° FC/v 5600 60° FM/v 30° FC/v Conclusion : Le voilier reste immobile car :

HYPOTHESE CONDITIONS D’EQUILIBRE D’UN SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES 60° Vent 30° Moteur Courant O  Les trois droites sont concourantes en un même point  La somme des trois vecteurs est un vecteur nul O FC/v FV/v FM/v

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

Dynamique des forces et conclusion Caractéristiques des forces Bilan des forces: - .................................................... - ……………………………………. - …………………………………… C L A S E Force PA Direction Sens Valeur G R O U P   Dynamique des forces et conclusion Caractéristiques des forces Modélisation   Interprétation par les élèves des différents résultats obtenus : Conclusion sur l’hypothèse émise : Conclusion générale (si besoin) donnée par le professeur sur l’équilibre d’un solide soumis à trois forces.

Ils s’appellent par radio! 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 s’appellent par radio!

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

3°) Observation des résultats et des montages des différents groupes ; 2°) Vérification de l’hypothèse par des expériences en groupes. A partir d’une liste de matériel, les élèves doivent réaliser l’équilibre d’un solide. Aucune exigence n’est donnée, seule la condition émise dans l’hypothèse importe. Après chaque équilibre réalisé, faire noter les caractéristiques des forces et construire le triangle des forces afin de vérifier l’hypothèse. 3°) Observation des résultats et des montages des différents groupes ; Les élèves s’aperçoivent que la condition d’équilibre de l’étude préalable est vérifiée quelques soient les forces utilisées pour l’équilibre de l’objet. Distribuer le deuxième document sur lequel les élèves vont modéliser le travail de deux groupes. Débat en classe sur le bien fondé de l’hypothèse émise. Conclusion sur l’équilibre d’un solide soumis à trois forces 4°) Exploitation des acquis pour retrouver les caractéristiques d’une force manquante par l’intermédiaire d’un TP. Voir TP suivant Introduction de force de réaction et force de frottement.

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

Caractéristiques des forces Tracer sur la modélisation les droites d’action des trois forces et vérifier qu’elles sont concourantes en un même point. Dynamique des forces Caractéristiques des forces Modélisation   valeur N Sens Direction Pt d’appli- cation Force

RESOLUTION DU PROBLEME : Du triangle des forces obtenu , calculer la force de réaction R. Remarque : Le triangle obtenu traduisant l’équilibre du solide est rectangle : (pensez au théorème de Pythagore) Mesurer le vecteur force représentant la force de réaction R. En déduire la force R. R = ……………. Résolution algébrique Résolution graphique Donner les caractéristiques de la force R : Valeur Sens Direction Pt d’application Force Remplacer le plan incliné par un dynamomètre en respectant les caractéristiques de R. VERIFICATION EXPERIMENTALE :