SITUATION

SITUATION

HYPOTHESE

SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES

ETUDE EXPERIMENTALE

SYNTHESE ET CONCLUSION

SEQUENCE DETENTE

REFLEXION

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 :

45°

20° 30°

Vent

Moteur Courant

SITUATION :

Unité graphique 1cm représente1000 N

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. Pourquoi et lesquelles ??

G

Le poids et la force de l’eau sur le voilier sont des forces opposées: elles s’annulent car :

0 fP

P

ffP

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 ?

FvcFvmFvvF

///

Caractéristiques des forces

Force Pt A Direction Sens Valeur(N)

FV/v O

FM/v O

FC/v O

45° 3000

20° 4500

30° 2000

Hypothèse :Solide reste immobile si:

45°

20°

30°

Conclusion :

Le voilier ne reste pas immobile car : 0///

vcFvmFvvF

Unité graphique :1cm représente 1000 N

FC/v

FM/vFC/v

Il est soumis à une force F tel que:

F (résultante)

0/// vcvmvv FFF

SITUATION

Vent

30° Courant

60°

Moteur

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

0/// vcvmvv FFF

Caractéristiques des forces: situation

Force Pt A Direction Sens Valeur(N)

FV/v O

FM/v O

FC/v O

60°

5000 30°

5600

3000

60°

30°

Conclusion :

Le voilier reste immobile car :

Unité graphique: 1cm représente 1000 N

FC/v

FM/v

FC/v

HYPOTHESE EMIS DANS LA SITUATION :Solide soumis à 3 forces reste immobile si :

Dynamique des forces

0/// vcvmvv FFF

HYPOTHESECONDITIONS D’EQUILIBRE D’UN 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

0/// vcvmvv FFFFV/v FM/v

FC/v

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:

dNdN

BalanceCylindre

= lampe

Axes magnétiques

Dynamomètres

Câble1 câble 2

Règle et rapporteur

 Modélisation Caractéristiques des forces Dynamique des forces et

conclusionGROUPE

Force PA Direction Sens Valeur

GROUPE

Force PA Direction Sens Valeur

CLASSE

Bilan des forces:

- ....................................................

- …………………………………….

- ……………………………………

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.

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

oCaractéristiques d’une forceoReprésentation vectorielle d’une force

-Poids d’un corpsoRelation 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 )021

FF

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 suivantIntroduction de force de réaction et force de frottement.

TP : Equilibre d’un solide soumis à 3 forces

Exemple de TP MECANIQUE

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’horizontaleQuelle 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

PROBLEME :

Matériel disponible par groupe de travail :

dN

Plan incliné = Ponton Cylindre = Voiture Fil à plomb Axes magnétiques Dynamomètre = Treuil

Bilan des forces s’exerçant sur le cylindre :

P = ……..N

………………………………… …………………………………. ………………………………….

P = ……..N

 Modélisation Caractéristiques des forces Dynamique des forces

Tracer sur la modélisation les droites d’action des trois forces et vérifier qu’elles sont concourantes en un même point.

Force Pt d’appli-cation

Direction Sens valeurN

RESOLUTION DU PROBLEME :

Résolution graphique Résolution 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 l’équilibre du solide est rectangle :

(pensez au théorème de Pythagore)

R

Force Pt

d’applicationDirection Sens ValeurDonner les caractéristiques de la force R :

VERIFICATION EXPERIMENTALE :

Remplacer le plan incliné par un dynamomètre en respectant les caractéristiques de R.