L`intrant et l`extrant de travail - Science 8
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Science 8 Module 4: Les systèmes mécaniques Site Web : http://cfisscience8.weebly.com 1 Les Machines Simples Qu’est-ce qu’un machine simple? ______________________________________ ________________________________________________________________________ Pourquoi utilisons-nous les machines simples? _________________________ ________________________________________________________________________ Machines Simples Nom Exemples 2 La force et le travail : voir video sur le site web Force : ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Un Dynamomètre : Un instrument utilisé pour mesurer une force (N). Le Travail : ___________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Formule pour calculer le travail: Travail = force x distance parcourue W (J) = F(N) x d(m) L’intrant et l’extrant de travail Intrant de travail : _____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Extrant de travail : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ Attention: L'intrant et l'extrant de travail sont les mêmes (dans un monde sans friction). Ni la machine ou la personne fait moins de travail. L'avantage des machines est de diminuer la grandeur de la force nécessaire pour soulever une charge ou d'augmenter la vitesse d'une charge. Mais, pour chaque avantage, il y a un désavantage. 3 Calculer l’intrant et l’extrant de travail Une personne utilise un plan incliné pour soulever une balle de bowling à une hauteur de 2m. La personne a du pousser sur une distance de 4m sur la rampe. La balle de bowling a un poids de 10N mais, la personne a seulement appliquée une force de 5N sur la balle. Calcule l’intrant et l’extrant de travail. Travail fait par la personne en utilisant la machine Intrant de Travail Travail fait grâce à la machine Extrant de travail Fi= Fe= di= de= Wi = Fi x di We = Fe x de Wi = We = Wi = We = Le gain mécanique Gain mécanique : ______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ *Voici une façon pour calculer le gain mécanique. Il y a en d’autres. Gain mécanique= force produite par la machine (Fe) (N) force appliquée par la personne (Fi) (N) Si le gain mécanique est de 5, la machine a exercé une force cinq fois plus grande que la force que tu as exercée sur lui. La machine a diminué la force par 5 fois. Si le gain mécanique est moins que 1, la machine donne un avantage de vitesse. Par exemple, un gain mécanique de 0,2 indique que l’objet ce déplace 5 fois plus rapidement. Certaines machines ont une rapport de force égale à 1 : dans ce cas, la machine n’as pas d’avantage sur la force, elle fait que changer la direction de la force. 4 EXEMPLE : mécanique Calcule de le la gain situation suivante : Reid et Michael, les garçons qui prennent le plus de risques en 8ième année, volent la voiture du père de Peter. Malheureusement, la voiture devient prise dans la boue lorsqu’ils la conduisent dans un parc sans routes. Ensembles, ils fabriquent un levier avec le tronc d’un arbre pour sortir la voiture. Ils exercent une force de 500N sur la branche (le levier) et ils réussissent à soulever le derrière de la voiture qui a un poids de 2500N. Fait le schéma qui représente cette situation et calcule le gain mécanique. Montrez les 5 étapes. 1. Information importante. 2. Qu’est-ce qu’on cherche? 3. Formule 4. Calcule 5. Réponse 5 Un Plan incliné : ______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Fi = Fe = Di = De = Un Levier : ____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Figure 1 : Un levier et ses parties importantes. - point d’appui - effort ou force appliquée - charge - bras de levier - bras de charge 6 Les trois types de leviers 1) Levier du premier genre (inter-appui): _________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 2) Levier du deuxième genre (inter-résistant) : ____________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 3) Levier du troisième genre (inter-moteur) : _____________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 7 À côté de chaque dessin, indique : - C’est quel type de levier? - La charge - La force - Le point d’appui 8 Calculer le gain mécanique des leviers Première méthode : utiliser le déplacement des bras Gain mécanique= déplacement du bras de levier déplacement du bras de charge Deuxième méthode : utiliser la longueur des bras Gain mécanique= longueur du bras de levier longueur du bras de charge Exemple : M. Legault et M. St-Arneault veulent installer un nouveau hot tub dans la cours de M. Legault. D’abord, ils doivent réussir de le placer dans le coffre de voiture de Mme. Gagnon en le soulevant avec un levier. Ils utilisent une barre de métal très solide et réussissent de soulever le hot tub. Ils ont placé le hot tub à 0.5m du point d’appuis et ils ont poussé à 2.5m du point d’appuis. Ils ont réussir de réduire la force nécessaire par combien? Dessine et annote la situation avant de faire le calcul. 9 Les engrenages : ____________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ Roue d’engrenage : une seule roue dentée Train d’engrenages : deux ou plus de roues dentée et attachées ensembles Les dents d’une roue s’insèrent entre les dents d’une autre. Quand la première roue tourne, appelée roue menante ou roue motrice, elle pousse sur les dents de la seconde roue, appelée roue menée, et la fait tourner. Observe le train d’engrenage ci-dessous. Est-ce un avantage de force ou de vitesse? Si la grande roue est la roue menante : _________________________________ Si la petite roue est la roue menante : __________________________________ 10 Calculer le gain mécanique des engrenages Première méthode : la quantité de dents Gain mécanique = Nombres de dents de la roue menée Nombre de dents de la roue menante Deuxième méthode : quantités de tours Gain mécanique = Nombre tour fait par la roue menante Nombre de tour fait par roue menée Troisième méthode : diamètre des roues Gain mécanique = diamètre (avec dents) de la roue menée diamètre (avec dents) de la roue menante 11 Les Palans Une poulie: ___________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Un Palan : ____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Une poulie peut être fixe ou mobile (poulie folle). Fait un schéma de chaque type de poulie. Figure 1 : Poulie Fixe Figure 2 : Poulie Folle Calculer le gain mécanique des poulies : Compte le nombre de cordes qui soulève la charge. Ne compte pas la corde sur laquelle tu tires, si tu tires vers le bas. Exemple : Quel est le gain mécanique du palan suivant? Si la charge a un poids de 500N, quelle serait la force appliquée à la charge? 12 Les vérins hydrauliques et pneumatiques Un vérin hydraulique : _______________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Un vérin pneumatique : ______________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Où sont-ils utilisés? __________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Quel est le gain mécanique? Si ont pousse sur le petit piston : ______________________________________ Si ont pousse sur le grand piston : _____________________________________ Aire du petit piston : 1cm2 Aire du grand piston : 9cm2 Calculer le gain mécanique des vérins hydrauliques : Gain mécanique = aire du piston non-poussé ou déplacement du piston poussé aire du piston poussé ou déplacement du piston non-poussé Exemple : Calcule le gain mécanique si on pousse le petit piston? 13 Différentes sortes d’énergie Énergie : la capacité de faire un travail (comme faire un mouvement ou relâcher de la chaleur). L’unité de mesure est le Joule (J) comme le travail! C’est la même chose! L’énergie cinétique : (mécanique)___________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ L’énergie potentielle : __________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie lumineuse : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Nucléaire : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Thermique : ___________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Chimique : ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Énergie Sonore : _______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 14 Une machine parfaite? Si la machine idéale existait, elle transférerait toute l’énergie qu’elle reçoit à la charge ou à une autre machine. En réalité, une machine parfaite n’existe pas. Il y a toujours un peu d’énergie perdue sous forme d’énergie inutile. L’extrant de travail est TOUJOURS inférieure à l’intrant de travail. Question : Dans chaque cas démontre où l’énergie est transmise et où l’énergie est convertie? 1. Faire des toasts avec un grille pain. _____________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ 2. Prendre un avion pour aller en vacances. ________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ Le Rendement Le Rendement : ________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Formule pour calculer le rendement : Rendement = Travail/Énergie utile produit par la machine (We) x 100% Travail/Énergie total fourni à la machine (Wi) 15 Table 1 : Le rendements de certains objets or gaz connu : Objet ou gaz Le rendement (%) Essence 80 Bougie (pour la lumière) 0.04 Ampoule incandescente 0.7 à 2 Ampoule fluorescente Diode électroluminescente 6.6 à 15 Jusqu’à 15 Moteur à essence 35 Moteur à diesel 45 Cellule photovoltaïque 15 Éolienne 59 Pourquoi n’existe-il pas de machine parfaite? FRICTION Chaque fois qu'une machine travaille, une partie de l’énergie se perd en raison de la friction. Friction : ______________________________________________________________ ________________________________________________________________________ On peut augmenter le rendement de la machine lorsqu’on réduit la friction. En général, on réduit la friction en appliquant un lubrifiant comme de l’huile ou de la graisse sur les surfaces qui se frottent. Est-ce qu’on a besoin de friction? (page 299 du manuel) ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 16
