Les palans
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Cours 203-006 Nom des élèves : Laboratoire n°4 ...................................................................... Note : ........................ ...................................................................... Introduction. Un palan est un appareil de levage comportant un mécanisme permettant de diminuer de beaucoup l’effort nécessaire pour soulever une charge. Dans ce laboratoire nous allons étudier 3 palans fabriqués respectivement à partir de 2, 4 puis 6 poulies. Partie A : étude préalable de l’action de forces parallèles Les palans à poulies tirent profit de l’action combinée de forces parallèles. Aussi, avant d’aborder l’étude des palans proprement dites, nous allons analyser l’action de forces parallèles utilisées pour soulever un poids. Un bloc de bois sera suspendu par 1, puis 2, puis 3 pesons identiques (dynamomètres). 1- Hypothèse: quelle est votre hypothèse sur la relation susceptible d’exister entre les indications que donneront les pesons et le poids du bloc? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ Tableau des mesures et des calculs : peser le bloc de bois à l'aide de la balance à plateaux, noter sa masse dans le tableau; calculer la force de gravitation terrestre qui s'exerce sur le bloc ( P= mg); suspendre le bloc à l'aide de 1 peson (dynamomètre), noter la force exercée; suspendre le bloc à l’aide de 2 pesons, noter la force exercée par chacun ; suspendre le bloc à l’aide de 3 pesons, noter la force exercée par chacun ; calculer la force résultante exercée par les pesons dans chaque situation ; dans chaque situation, calculer le pourcentage d’écart entre cette force résultante et le poids du bloc ; 1 Attention! Arrondir vos résultats de façon à ce qu’ils ne comportent qu’un seul chiffre douteux. masse du bloc : (kg) acc. gravitationnelle g : 9,8 N/kg P = poids du bloc : (N) 1 peson Force élastique F1 F1 = peson 1 Force élastique F2 peson 2 Force élastique F3 peson 3 R = Résultante des forces exercées par les pesons : Pourcentage d’écart entre P et R = 100%P-R /P 2 pesons 3 pesons F1 = F1 = F2 = F2 = F3 = % % % 3- Faire un diagramme des forces pour chaque situation; 1 peson 2 pesons 3 pesons 4- Énoncer une conclusion relativement à la relation entre le poids du bloc et le nombre de pesons le supportant. ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 2 Partie B : étude des palans Étude d’une seule poulie. 5- Hypothèse: selon vous, quelle relation y a-t-il entre la force de tension qu’il faut exercer pour maintenir en équilibre une masse retenue par une corde qui passe sur une poulie et le poids de cette masse? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 6- Vérification expérimentale de votre hypothèse : suspendre une masse à une corde qui passe sur une poulie; mesurer la tension nécessaire pour maintenir la masse en équilibre; consigner vos résultats dans le tableau ; comparer vos résultats à votre hypothèse. 7- Tirer une conclusion concernant la relation qu’il y a entre la force de tension qu’il faut exercer pour maintenir en équilibre une masse retenue par une corde qui passe sur une poulie et le poids de cette masse. ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ Études de palans à 2, puis 4, puis 6 poulies 8- Construire un palan à 2 poulies( l’expérience sera reprise avec 4, puis 6 poulies). 9- Faire une hypothèse concernant la relation entre un poids « P » à soulever et la force de tension « T » nécessaire pour y arriver à l’aide d’un palan à « n » poulies dont les frottements sont négligeables. Baser votre hypothèse sur l’application des lois de Newton sur les forces s’exerçant sur le moufle du bas de chaque palan. ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 3 10- Faire un diagramme des forces s'exerçant sur le moufle du bas (ensemble des poulies du bas), pour chaque situation. Diagramme des forces sur le moufle du bas pour un palan à 2 poulies palan à 4 poulies palan à 6 poulies 11- Vérification expérimentale de votre hypothèse : suspendre une masse correspondant approximativement à un peu moins de la valeur maximale que peut indiquer votre dynamomètre; installer un dynamomètre sur le brin libre et mesurer la force nécessaire pour que: a) - la masse monte lentement à vitesse constante. b) - la masse descende lentement à vitesse constante. c) - calculer la moyenne de ces deux mesures. comparer la moyenne obtenue à la force que vous aviez prévu, par calcul, comme étant nécessaire au maintient de l'équilibre. 12- Expliquer pour quelle raison il est préférable de faire la moyenne des deux valeurs expérimentales de montée lente et de descente lente.(Penser à l’influence du frottement sur les résultats). ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 4 13-Compléter le tableau suivant des mesures et des calculs pour l’étude des palans. Chaque valeur doit être en unité SI arrondie de façon à ne comporter qu’un seul chiffre douteux. poulie seule 2 poulies Palan à 4 poulies 6 poulies masse suspendue Poids suspendu Tension de montée Tension de descente Texp Tension moyenne expérimentale Tloi Tension prédite par votre hypothèse Pourcentage d’écart entre Tloi et Texp = 100% Tloi - Texp / Tloi 14- Tirer une conclusion, basée sur vos résultats, concernant la relation entre un poids « P » à soulever et la force de tension « T » nécessaire pour y arriver à l’aide d’un palan à « n » poulies dont les frottements sont négligeables. ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 15- Remettre un rapport par équipe de deux élèves au plus tard au début (= dans les 5 premières minutes) de la prochaine période de laboratoire. Celui-ci doit être constitué de ce texte complété. Ne pas hésiter à venir me rencontrer en dehors des périodes de cours. *************************** M .L.* 5
