Mécanique & objets techniques

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1 Mécanique & objets techniques

2 Mécanique & objets techniques
Notion de force : Elle modélise une action mécanique ; Elle possède un caractère vectoriel (direction, sens, valeur) ; Elle se mesure à l’aide d’un dynamomètre (unité : le Newton, N).

3 Mécanique & objets techniques
Objet en équilibre : Les forces qui s’exercent sur lui se compensent ( forces = vecteur nul) ; Ces forces maintiennent l’objet immobile ; Les balances utilisent les lois de l’équilibre… (Voir atelier n°1 !).

4 Mécanique & objets techniques
Poids d’un corps : Il s’agit d’une force liée à l’attraction terrestre (gravitation universelle) ; Cette force est verticale et dirigée vers le bas ; Sa norme est p = m × g (m, la masse, en kg & g = 9,81 N/kg I.D.L.P).

5 Mécanique & objets techniques
Moment d’une force : C’est la capacité d’une action à mettre en m v t un corps susceptible de tourner autour d’un axe (Sa valeur est M = F × d). Les leviers utilisent ce concept physique… (Voir atelier n°2 !).

6 Mécanique & objets techniques
Atelier n°1 Les balances Matériel disponible : Balance de Roberval, Jeu de masses marquées, Objets différents ; Proposition d’une séance d’1 h en cycle 2 (CE1) ; Vocabulaire : balance, équilibre, force, masse, poids.

7 Mécanique & objets techniques
Atelier n°1 Les balances Compétences : Effectuer des mesures ; Pratiquer une démarche scientifique ; Travailler en autonomie. Problématique : Comment déterminer la masse m d’un objet avec la plus grande précision ?

8 Mécanique & objets techniques
Atelier n°2 Les leviers Matériel disponible : Jeu de masses marquées, Objets différents, Règle en métal & support ; Proposition d’une séance d’1 h en cycle 2 (CE2) ; Vocabulaire : axe, distance, moment d’une force, levier, pivot.

9 Mécanique & objets techniques
Atelier n°2 Les leviers Compétences : Comprendre le principe d’un levier ; Réaliser une expérience ; Travailler en autonomie. Problématique : Comment utiliser au mieux le moment M d’une force pour soulever un objet ?

10 Mécanique & objets techniques
Atelier n°3 Les engrenages Matériel disponible : Axes, barres, Cadres, plaques, Roues dentées de ≠ tailles ; Proposition d’une séance d’1 h en cycle 3 (CM1) ; Vocabulaire : engrenage, rotation, roue dentée, transformation, translation.

11 Mécanique & objets techniques
Atelier n°3 Les engrenages Compétences : Connaître un dispositif de transformation du m v t ; Construire un montage ; Travailler en autonomie. Problématique : Comment transmettre un mouvement (m v t) le plus fidèlement possible ?

12 Mécanique & objets techniques

13 Analyse fonctionnelle d’un objet technique :
Au sujet de la bicyclette… (Extrait de partiel) 2014

14 Question 1 Fonctionnement du système à cardan :
Engrenages (conicité) ; Guidage de l’arbre de transmission ; Renvoi d’angle. Le rendement final est lié au nb d’engrenages (il peut atteindre 98 %).

15 Question 2 Méthode expérimentale : Comparaison des trois rapports ;
Démarche scientifique cohérente admise ! Mesures (de Ne et Ns) chronométriques, puis calculs des rapports Ns/Ne (= 1 ; 1,24 ; 1,5). Caractéristique de la transmission : Extraction des valeurs des rapports ; Utilisation de la relation fournie (1,5/1,24 = 1,21 et 1,24/1 = 1,24) ; La transmission est plutôt harmonieuse.

16 Question 3 Système de transmission par cardan très utilisé pour les bicyclettes pliantes (usage urbain) : Fiabilité ; Propreté ; Sécurité…

17 Prolongement : Bicyclette (chaîne et pignons)

18 Engrenages : Démultiplication de la vitesse de rotation.
Exemple, avec la fabrication d’un objet avec hélice → Voir figure ci-contre…

19 Engrenages : Transformation du mouvement.
Exemple, avec la fabrication d’un objet avec treuil → Voir figure ci-contre…

20 Engrenages : Utilisation d’une vis sans fin.
Exemple, avec la fabrication d’un objet avec tourniquet → Voir figure ci-contre…

21 Mécanique & objets techniques
Défi technologique (en CM2) Engin propulsé par hélice… Les élèves doivent concevoir et réaliser un véhicule capable de parcourir le plus rapidement possible une dizaine de mètres en ligne droite et transporter une charge de 150 g. Les élèves disposent d’une image d’un engin analogue, mais flottant ; ils disposent également de roues, de moteurs, d’axes, de divers matériaux et des outils usuels.