Notion de force CAP Extrait du référentiel : Mécanique 2 (Mé. 2) : équilibre d’un solide soumis à deux forces DOMAINES DE CONNAISSANCES Actions mécaniques Force ÉVALUATION CONDITIONS CAPACITÉS Reconnaître les différents types d’actions mécaniques Mesurer la valeur d’une force. EXEMPLES D'ACTIVITÉS La distinction entre action de contact, action à distance, ponctuelle ou répartie est exigible. o Le candidat utilise correctement le dynamomètre. Mesurer le poids d’un corps. Utiliser la relation : P = m g Dresser le tableau des caractéristiques d’une force extérieure agissant sur un solide. Représenter graphiquement une force. La relation est donnée. La connaissance de la valeur de g n’est pas exigible. o Les caractéristiques sont : - le point d’application ; o - la droite d’action ; - le sens ; - la valeur. Les caractéristiques et l’échelle sont fournies. Solide en équilibre Vérifier expérimentalement les Le solide est en équilibre s’il ne bouge soumis à deux forces conditions d’équilibre d’un solide pas par rapport à la Terre. soumis à deux forces : - même droite d’action ; - sens opposé ; - même valeur. Les caractéristiques d’une force étant connues, déterminer les caractéristiques de l’autre. Étude de documents techniques en liaison avec le domaine professionnel ou la vie courante. Équilibre de solides de masse négligeable soumis à deux actions. Exploitation de schémas pour remplir le tableau des caractéristiques d’une force. o Prévision, à partir de schémas de solides soumis à deux forces, de leur état d’équilibre ou non. o Détermination de toutes les caractéristiques des deux forces agissant sur un solide en équilibre. o Recherche de la position du centre de gravité de figures planes ou de solides usuels. Une action étant connue, déterminer l’autre. Prérequis. Objectifs : Vérifier expérimentalement les conditions d’équilibre d’un solide soumis à deux forces . Les caractéristiques d’une force étant connues, déterminer les caractéristiques de l’autre Dresser le tableau des caractéristiques des deux forces qui agissent sur un solide en équilibre Fiche scénario Contenu Acteur(s) Durée Matériels /support Situation problème -choix du matériel Elèves 5 min Polycopié + video projecteur + chariot avec matériel Expérimentation Elèves 20 – 30 min Polycopié + matériel Retour sur expérience Prof/élèves 5 min Polycopié Trace écrite (phase d’ institutionnalisation) Prof 20 min Cahier + fiche ressource Structuration des connaissances = Exercices Elèves / Prof 20 min polycop à distribuer et à coller sur le cahier Eval. formative Elèves 5 min Polycopié I. Situation problème : Superman vs Spiderman (à projeter) a) Lequel de ces deux supers héros va pouvoir récupérer l'étoile de Wonderwoman ? Je ne bougerai pas ! Attention à mon étoile ! Elle est très légère et sans elle ma tiare n'a aucun pouvoir. Moi non plus ! Documentation Dans le civil Origine des pouvoir Principaux pouvoirs Spider-Man Peter Parker, ancien étudiant en biochimie et photographe pour le Daily Bugle, professeur dans une école d'enseignement secondaire; Piqué par une araignée radioactive à l'adolescence, il développe une force et une agilité surhumaines. Ses sens se développent considérablement et l'avertissent en cas de danger. Super -vitesse : Il est capable de se déplacer très rapidement sur n'importe quelle surface. Super -déplacement : Il peut grimper à la verticale sur des surfaces libres. Spiderman est capable de projeter des soies de toile pour se balancer dans le vide, Super -sens : Il est doté de sens bien aiguisés qui l'alerte en cas de danger. Super -force : il est capable de soulever jusqu'à 10 tonnes peut être plus d'après ses ennemis, il a assommé un tyrannosaure d'un coup de poing, super endurance : il est capable de supporter des coups impressionnants, de guérir de fractures en quelques heures. Super vision : il est doté d'une vision nocturne Superman Clark Kent (nommé Kal-El sur Krypton), journaliste. Fils adoptif d'une famille de fermiers La naissance de Superman sur une planète extraterrestre, Krypton, lui donne ses pouvoirs. Ils sont notamment expliqués par une plus faible gravité terrestre et les rayons du soleil jaune. Invulnérabilité : sa peau est impénétrable et ultra-résistante, il peut même résister à des explosions nucléaires. Vol et Super-vitesse : parfois plus vite que la lumière. Super-force : pouvant soulever des objets très lourds, des véhicules, et peut être des immeubles. Vision à rayon X : voit à travers les objets (sauf plomb). Visions télescopique et microscopique : voit loin et en détail. Vision thermique : dégage de la chaleur de ses yeux. Super-ouïe : entend à des kilomètres et repère des bruits très faibles. Super-souffle : peut geler des objets ou créer des vents puissants. Super-mémoire et Super-intelligence : il apprend vite et se souvient de tout ce qu’il a vécu. Il peut traiter beaucoup d’information en même temps. Faiblesse Sa famille La Kryptonite b) Que peut-on mesurer pour vérifier votre hypothèse ? c) Protocole expérimental. Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier votre hypothèse . Mesure(s) à effectuer : Matériel : Schéma : Appel n°1 : Faire vérifier les réponses par le professeur Elément de réponse 1 : On dispose du matériel suivant : a) Choisir dans cette liste le matériel utile pour modéliser la situation dans la salle de classe. Panneau métallique dynamomè tre simple dynamomètre circulaire avec support magnétique Ressort Boite de masses marquées 0,0000 g Barre à trous Solide de masse négligeable Solide Balance Poulie Axe magnétique Fil b) Proposer un montage avec le matériel choisi. Appel n°1 bis . Faire vérifier les réponses par le professeur Elément de réponse 2 : Nommer les matériels du éléments de la situation ils D2 D1 montage ci-dessous et indiquer quels représentent. II. Expérimentation. 1) Expérience 1. B A a) Vérifier le « zéro » des appareils mis à votre disposition. b) Réaliser le montage ci contre Solide de masse négligeable c) Compléter le tableau des caractéristiques des deux forces F1 et F2 qui s'exercent sur le solide de masse négligeable. Force Point d’application F1 A Droite d’action Sens Valeur (en N) F2 Appel n°2 Faire vérifier le montage et le tableau . 2) Expérience 2. a) Agir sur la position du dynamomètre 1 pour que F1 = 2,5 N. b) Compléter le tableau des caractéristiques des deux forces F1 et F2 qui s'exercent sur le solide de masse négligeable. Force Point d’application Droite d’action Sens Valeur (en N) F1 2,5 F2 3) Exploitation des résultats. Décrire le mouvement ou l'absence de mouvement du solide dans chaque expérience : Comparer les deux forces dans chaque cas : Conclure en indiquant qui de Superman ou Spiderman remportera l'étoile : Remise en état du poste de travail : Ranger le matériel. Equilibre d'un solide soumis à deux Trace écrite 1) Qu'est-ce qu'un solide en équilibre ? Un solide au repos (dont tous les points ne bougent pas) est en équilibre. 2) Condition d'équilibre d'un solide soumis à deux forces . 3) Etude expérimentale de l'équilibre d'un solide soumis à deux forces. Fiche ressource : Equilibre d'un solide soumis à 2 forces On mesure la valeur d'une force avec un dynamomètre (simple ou circulaire). On mesure une force avec un dynamomètre. CAP Structuration des connaissances : Rappel : Compétences de la grille nationale d'évaluation. C1 : S’approprier : Rechercher, extraire et organiser l’information. C2 : Analyser, raisonner : Emettre une conjecture, une hypothèse. Proposer une méthode de résolution, un protocole expérimental. C3 : Réaliser : Choisir une méthode de résolution, un protocole expérimental. Exécuter une méthode de résolution, expérimenter, simuler. C4 : Valider : Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, d’une hypothèse. Critiquer un résultat, argumenter. C5 : Communiquer : Rendre compte d’un résultat, d’une démarche, à l’oral ou à l’écrit. Notion de force Exercices Exercice 1. Pour chaque dynamomètre : a) Dessiner le fil et son crochet. C2 b) Indiquer les valeurs des forces. C1 CAP 3 2 1 4 5 0 F = ........... F = ............ Exercice 2. C4 / C5 Indiquer dans les situations ci-dessous les erreurs commises : Dynamomètre à vide. Dynamomètre en charge Exercice 3. a) Caractériser (compléter le tableau) la force de 20 N exercée par le personnage qui pousse le charriot. C1 / C3 Tableau des caractéristiques : Force Point d’application Droite d'action Sens Valeur x A A b) Représenter sur le dessin la force exercée par le personnage sur le charriot. C5 Echelle 1 cm représente 10 Newton Exercice 4. a) Proposer un montage expérimental permettant de modéliser l'action du personnage au point D. C1 / C2 / C5 xO xD b) Compléter le tableau concernant la force 𝐹⃗ exercée par le personnage en D. C1 / C3 / C5 Forces Point d’application Droite d’action Sens Valeur 50 N Exercice 5 On indique dans le tableau suivant les caractéristique de la force F1 exercée par le joueur sur la balle. a) A l'aide du tableau représenter F1 sur le schéma 1 (1 cm pour 10 N) . C1/ C4 Schéma 1 Forces ⃗⃗⃗⃗ 𝐹1 x Point d’application A Droite d’action horizontale Sens Vers la gauche Valeur 40 N A b) On a représenter sur les schémas 2 et 3 les forces exercées par deux autres sportifs sur un ballon (échelle 1 cm pour 10 N). Comparer les trois forces Schéma 2 ⃗⃗⃗⃗ 𝐹1 , ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹2 et ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹3 . Indiquer dans quelle situation la force est la plus grande. C4 / C5 Schéma 3 ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹2 ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹3 Evaluation : a) Proposer un montage expérimental permettant de modéliser la situation ci-dessous à l'aide du matériel de mécanique disponible au laboratoire : C1/C2 B b) Compléter le tableau des caractéristiques de la force d'une valeur de 125 N exercée en B par le personnage. C1/C5 Forces Point d’application Droite d’action Sens Valeur ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 Fiche ressource : Mesure de la valeur d'une force On mesure la valeur d'une force avec un dynamomètre (simple ou circulaire). On mesure une force avec un dynamomètre. Principe d'utilisation d'un dynamomètre circulaire Mettre à zéro par rotation du dynamomètre autour de son axe : desserrer la vis, régler le zéro, puis resserrer la vis Enrouler le fils dans le sens des aiguilles d’une montre , le fil doit sortir entre les index Lire la valeur de la force mesurée à l'aide des graduations. LISTE DU MATERIEL DE MECANIQUE Panneau métallique dynamomètre simple dynamomètre circulaire avec support magnétique Ressort Boite de masses marquées 0,0000 g Barre à trous Solide Balance Poulie Axe magnétique Fil
