SITUATION 

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

2. 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?

3. 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.

4. 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

5. 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

6. SOUS L’ACTION DE CES TROIS FORCES, LE VOILIER RESTE-T-IL IMMOBILE ? Caractéristiques des forces Hypothèse : Solide reste immobile si: 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:

7. 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

8. HYPOTHESE EMIS DANS LA SITUATION : Solide soumis à 3 forces reste immobile si : Caractéristiques des forces: situation  Dynamique des forces 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 :

9. 60° 30° HYPOTHESECONDITIONS D’EQUILIBRE D’UN SOLIDE SOUMIS A TROIS FORCES Vent 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

10. 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

11. 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.

12. 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!

14. 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 )

15. 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.

16. 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 Axes magnétiques Cylindre = Voiture Plan incliné = Ponton Fil à plomb Dynamomètre = Treuil Bilan des forces s’exerçant sur le cylindre :  …………………………………  ………………………………….  …………………………………. P = ……..N

18. RESOLUTION DU PROBLEME : Donner les caractéristiques de la force R : Remplacer le plan incliné par un dynamomètre en respectant les caractéristiques de R. VERIFICATION EXPERIMENTALE :