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Nom : TP 4 Moment de force et équilibre de rotation

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

3e C Physique

2020/2021 1

Nom :

TP 4

Moment de force et équilibre de rotation

Préliminaire : Une barre peut tourner autour d’un axe Δ.

Que faut-t-il changer pour obtenir un équilibre ? Pourquoi est-t-il important de placer l’axe au milieu de la barre ?

1. Objectif

Trouver une relation d’équilibre pour les corps qui peuvent tourner autour d’un axe.

2. Dispositifs expérimentaux : Matériel :

Levier, masses marquées, dynamomètres.

Dispositif 1: La loi du levier pour deux forces perpendiculaires sur deux bras

Manipulations :

On mesure la force 𝐹⃗2 appliquée à une distance 𝑑2 dans le cas où une masse 𝑚1 est accrochée à une distance 𝑑1 de l’axe de rotation. Garder 𝐹⃗2 perpendiculaire au levier horizontal.

𝒎𝟏 (𝒈) 𝑭𝟏 (𝑵) 𝒅𝟏 (𝒎) 𝑭𝟐 (𝑵) 𝒅𝟐 (𝒎)

200 1,98 0,10 0,15

100 0,20 0,15

200 0,075 0,125

𝑭 Δ ሬሬ⃗𝟐

𝑭ሬሬ⃗𝟏

Δ

𝑭ሬሬ⃗𝟐 𝑭ሬሬ⃗𝟏 d1

d2

(2)

3e C Physique

2020/2021 2

Calculez les produits 𝐹1⋅ d1 et 𝐹2⋅ d2. Que constatez-vous ?

Loi du levier pour le levier à deux bras : 𝐹1⋅ 𝑎1 = 𝐹2⋅ 𝑎2

Dispositif 2 : Plusieurs forces perpendiculaires sur un ou deux bras

Définition : Le moment d’une force 𝐹⃗ par rapport à un axe Δ, qui lui est orthogonal, est le produit de l’intensité 𝐹 de la force par son bras de levier 𝑑 :

𝑀 = 𝐹 ⋅ 𝑎 Unité : [𝑀] = [𝐹 ⋅ 𝑎] = [𝐹] ⋅ [𝑎] = 𝑁𝑚 𝑀 = 𝐹 ⋅ 𝑎 Signe : [𝑀] = [𝐹 ⋅ 𝑎]

1) Appliquez 4 forces différentes sur le levier. Noter les forces et les distances d1, d2, d3 𝑒𝑡 d4 entre les forces et l’axe de rotation.

Bilan des Moments :

i mi (kg) Fi (N) di (m) sens de rotation Mi (Nm) signe 1

2 3 4 Total

Δ 𝑭ሬሬ⃗𝟏

𝑭ሬሬ⃗𝟐 d2 d3 𝑭ሬሬ⃗𝟑 𝑭ሬሬ⃗𝟒 d4

d1

(3)

3e C Physique

2020/2021 3

2) Répétez pour une constellation dans laquelle les forces se trouvent toutes sur le même côté par rapport à l’axe de rotation. Utiliser une poulie. Illustrer avec 2 masses à droite et dynamomètre F3 à gauche.

Bilan des Moments :

i mi (kg) Fi (N) di (m) sens de rotation Mi (Nm) signe 1

2 3 Total

Dispositif 3 : Influence de l’orientation de la force.

Qu’est-ce qui change si on incline le dynamomètre d’un angle 𝛼 ≠90 ° par rapport à la barre horizontale. Donnez une justification !

Indiquer le bras de levier efficace d2 et montrer qu’il vaut d2= L2∙sin α= L2∙sin β

Tableau des mesures

𝑭𝟏 (𝑵) 𝒅𝟏 (𝒎) 𝑭𝟐 (𝑵) 𝑳𝟐 (𝒎) 𝜶(°) 𝒅𝟐 (𝒎) M+ M- 𝑭ሬሬ⃗𝟐

Δ 𝑭 β

ሬሬ⃗𝟏

d1 L2

d2

Δ

α

perpendiculaire α

m1

(4)

3e C Physique

2020/2021 4

Dispositif 4 : Loi du levier appliquée à un disque

Les figures suivantes montrent plusieurs configurations de forces sous l’effet desquelles le disque est en équilibre. Pour chacune d’elles, on demande de réaliser une configuration analogue, mesurer les bras de levier afin de compléter la table et vérifier la loi du levier.

Les forces verticales dirigées vers le bas sont créées en accrochant des corps. Les autres forces sont créées en tirant avec un dynamomètre.

Appliquer les forces sur l’extrémité des fils dont vous disposez et non

pas

directement au disque.

F1= d1= F2= d2= F3= d3=

M

+

=

M

-

=

Condition d’équilibre de rotation vérifiée ? (Rem : Prendre F2

assez grand pour éviter que le système culbute).

F1= d1= F2= d2=

M

+

=

M

-

=

Condition d’équilibre de rotation vérifiée ?

F1= d1= F2= d2= F3= d3=

M

+

=

M

-

=

Condition d’équilibre de rotation vérifiée ?

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