Objectifs :

STI
ENERGETIQUE - Cours
M6
Objectifs :
Tracer un diagramme de flux d’énergie.
Déterminer le rendement d’un système.
Définition de l’énergie :
C’est la faculté que possède un système de fournir un travail mécanique
Les formes naturelles de l’énergie :
On trouve l’énergie éolienne, solaire, musculaire, fossile (pétrole), hydraulique, atomique…
Evolution de l’énergie :

L’énergie se transmet :
Energie mécanique de
rotation
(Ce,we)
Transmettre
Engrenages

Energie mécanique de
rotation
(Cs,ws)
Système poulies
courroie
Système roue et vis
L’énergie se transforme : (exemple)
Energie mécanique de
rotation
(Ce,we)
Système pignon
crémaillère
Nom :
Energie mécanique de
translation
(Fs,Vs)
Transformer
Système vis écrou
Prénom :
Système bielle
manivelle
Came
Date :
1
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Définition du travail :
C’est ce qu’il faut fournir à un système pour le déplacer d’un état initial à un état final.
Les moyens utilisés, le temps nécessaire au changement d’état, la manière dont le chemin
est parcouru n’ont aucune incidence.
Travail d’une force
L’énergie développée par une force F en
newton se déplaçant d’une longueur L en
m est exprimée en joules
Elle est égale à :
 
 
wFL F  L cos(F,L)
exemple : le travail à
fournir pour soulever un
homme de 80 kg à une
hauteur de 3 m sur un plan
de 6 m incliné à 30° est au
moins de égal à 2400 J :
Travail d’un couple
L’énergie développée par un couple C
en N.m se déplaçant d’un angle  en
radian est exprimée en joules.
Elle est égale à :
wC
120
°
L
6m
P
w
exemple : le travail d’un
couple de freinage de
21,22Nm à fournir à un
disque de frein pour
assurer son arrêt en 3
tours est égal à :
w
Le travail mécanique donne de l’énergie potentielle (de réserve) ou de l’énergie cinétique (de
mouvement)
Définition de l’énergie potentielle :
C’est l’énergie de réserve que peut fournir un système
Energie potentielle de pesanteur
L’énergie accumulée par une charge de
poids P en Newton qui a été soulevée
d’une hauteur h en mètre est exprimée
en joules.
Elle est égale à :
Energie potentielle d’élasticité
L’énergie accumulée par un ressort de
raideur k en N/m comprimé d’une
flèche f en mètre est exprimée en
joules.
Elle est égale à :
Ep Ph
Ep 1k f 2
2
exemple :
l’énergie potentielle d’un
l’hélico de 10 tonnes situé à
une altitude de 100 m est
égal à :
exemple :
l’énergie potentielle d’un ressort
de raideur 49N/mm qui a été
comprimé de 100 mm est égale à :
Ep
Ep
Nom :
Prénom :
Date :
2
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Définition de l’énergie cinétique :
C’est l’énergie que peut fournir tout solide en mouvement.
Energie cinétique de translation
L’énergie que peut fournir une charge de
masse m en kg qui se déplace à la vitesse
V en m/s est exprimée en joules.
Elle est égale à :
Energie cinétique de rotation
L’énergie que peut fournir un solide de
moment d’inertie IG en kg.m2 tournant
à la vitesse angulaire  en rd/s est
exprimée en joules.
Elle est égale à :
Ec 1mV 2
2
Ec 1IG 2
2
exemple : Combien d’énergie dispose un véhicule de
1 tonne roulant à 50 km/h ?
Ec
L’arrêt de ce véhicule équivaut à une chute de
combien de mètres ?
Ec Ep Ph h
exemple : l’énergie cinétique
d’un train roulant ayant un
moment d’inertie de 120
kg.m2 et tournant à la
vitesse de 40 rd/s (véhicule
à 50km/h) est égale à :
Ec
Définition de la puissance :
C’est ce qu’il faut fournir à un système pour le déplacer d’un état initial à un état final en un temps
donné.
Puissance d’une force
La puissance développée par une force F
en newton se déplaçant d’une longueur L
en m en un temps t en s est exprimée en
Watt. Elle est égale à:
Puissance d’un couple
La puissance développée par un couple
C en N.m se déplaçant d’un angle  en
radian en un temps t en s est
exprimée en Watt. Elle est égale à :
exemple : la puissance à
fournir pour soulever un
homme de 80 kg à une
vitesse de 7,2 km/h sur un
plan de 6 m incliné à 30° est
au moins égal à 800W :
exemple : la puissance
développée par un couple
de freinage de 21,22Nm à
un train roulant pour
assurer son arrêt en 3
tours pendant 5 s est
égal à :
   
 
w
F
P    L  F V  F V cos(F,V)
t
t
120
°
V
P
P
Nom :
P  w  C C
t
t
P
Prénom :
Date :
3
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Conservation de l’énergie :
L’énergie se transmet ou se transforme mais ne se perd pas.
Puissance d’entrée
Pe=Ce.we
Transmettre
Puissance de sortie
Ps=Cs.ws
Puissance dissipée
Définition du rendement :
Le rendement  (sans unité) d’un système est égal au rapport entre la puissance de sortie Ps (en watt)
et la puissance d’entrée Pe (en watt) :
  Ps
Pe
Remarque : Le rendement global d’une transmission est égal au produit des rendements des constituants de
la chaîne cinématique
G 12...n
Nom :
Prénom :
Date :
4
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1. Calculer le travail fournit par un camion de dépannage, tractant un véhicule
 W = 1302 10-3 J
en panne sur une distance de 28 km. L’action de la barre de traction (parallèle  W = 1302 J
au sol) est supposée constante d’une intensité de 46,5 kN.
 W = 13+E008 J
2. A l’aide d’un tour nous devons effectuer un moletage nécessitant un couple
 W = 140 J
de 70 daN.m sur une longueur de 360mm. L’outil à moleter avance de 12mm  W = 25200 J
par tour de pièce. Déterminer le travail que devra effectuer cette machine
 W = 42000 J
pour réaliser cet usinage.
3. Un camion développe 7500 W lorsqu’il tire une remorque avec une force de
500 N. Quelle est la vitesse de la remorque ?
 V = 15 mm/s
 V = 37500 mm/s
 V = 54 km/h
4. Sur un tour, nous réalisons un partie cylindrique de diamètre 40mm. L’effort
de coupe est de 920N. Calculer le couple du mandrin pour entraîner la pièce
en rotation.
 Cm = 184 N.mm
 Cm = 46 N.m
 Cm = 18,4 N.m
5. Un mandrin de tour tourne à la vitesse de 1500 tr/min et développe un couple  Pm = 117 W
de 184 N.m. Déterminer la puissance nécessaire à l’usinage.
 Pm = 28902 W
 Pm = 276000 W
6. Une automobile pesant 1150 daN, roule sur une cote de 10° à la vitesse de 35  Pm = 19414 W
km/h. Son rendement d’ensemble est de 70%. Calculer la puissance
 Pm = 27735 W
développée par le moteur.
 Pm = 34043 W
7. Une charge de 750kg est accrochée au bras d’une grue de chantier à une
hauteur de 13m. Quelle est l’énergie potentielle de cette masse ?
 Ep = 9750 J
 Ep = 97500 J
 Ep = 975000 J
8. Sur une autoroute un camion de 30 tonnes roule à la vitesse de 90 km/h.
Calculer l’énergie cinétique du camion à cette vitesse.
 Ec = 9375 .103 J
 Ec = 3375 .104 J
 Ec = 1215 .105 J
9. Un volant de presse à emboutir à une fréquence de rotation de 850 tr/min. Le
moment d’inertie de l’ensemble tournant est de 0.4 kg.m2
Déterminer l’énergie cinétique de ce volant.
 Ec = 1585 J
 Ec = 340 J
 Ec = 170 J
10. Une transmission de moto est composée d’un embrayage (=0,95), d’une
Boîte de vitesse (=0,9) et d’un engrenage conique (=0,97). Déterminer le
rendement global de la transmission.
  = 0,83
  = 0,94
  = 2,82
Nom :
Prénom :
Date :
5
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11. Quelle est l’expression du rendement d’une chaîne cinématique ?
  = Ps / Pe
=C.
  = e / s
12. Quelle est l’expression de la puissance mécanique d’un système tournant ?
 P = m .g
P=C.
P=F/S
13. Quelle relation d’unités correspond à la puissance hydraulique P = p . q ?
 (W) = (N/m2).(m3/s)
 (W) = (N.m).(rd/s)
 (W) = (N).(m/s)
14. L’unité légale de la pression est le Pascal. Les techniciens utilisent le Bar et
les mécaniciens eux utilisent le Mégapascal.
Quelle relation vous semble-t-elle correcte ?
 1 bar = 0,1 MPa
 1 MPa = 105 Pa
 1 bar = 106 Pa
15. Un vérin est alimenté à la pression de 8 bar. La surface du piston est 12,5 cm2  F = 100 daN
et celle de la tige est 10 cm2. Quel est l’effort développé par ce vérin en
 F = 80 daN
poussant ?
 F = 20 daN
16. Un vérin est alimenté à la pression de 8 bar. Sa tige rentre à la vitesse de
20cm/s et exerce un effort de traction de 80 daN. Quelle est la puissance
développée par ce vérin en tirant.
 P = 16 W
 P = 160 W
 P = 1600 W
17. Un moteur électrique tourne à la vitesse de 1500 tr / min. Exprimez cette
vitesse en rd / s.
 9425 rd / s
 157 rd / s
 25 rd / s
18. Un moteur développe une puissance de 1500W à la vitesse de 150 rd / s. Quel  C = 225 000 N.m
est le couple disponible en sortie de ce moteur.
 C = 10 N.m
 C = 0,1 N.m
 1 Cv = 716 W
 1 Cv = 736 W
 1 Cv = 745 W
19. L’ancienne unité de puissance est le cheval vapeur Cv. Quelle est sa
correspondance avec la nouvelle unité de puissance : le watt
20. Un moteur pneumatique est alimenté à l’entrée à la pression de 6. 105 Pa avec   = 1,67
un débit de 0,1m3/s . Il développe en sortie un couple de 100 N.m à la vitesse   = 1
de 1000rd/s. Quel est le rendement de ce moteur.
  = 0,6
Nom :
Prénom :
Date :
6
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21. Le rendement d’un moteur est le rapport entre
 la puissance d’entrée et la puissance de sortie
 la puissance de sortie et la puissance d’entrée
 la tension et l’intensité
22. Le rendement d’un moteur pneumatique
 est toujours inférieur à 1
 varie entre 0,5 et 1,5
 est toujours supérieur à 1
23. Le rendement de 0,98 d’un mécanisme signifie que
 le mécanisme est performant
 le mécanisme est fiable
 les pertes dues aux frottements sont importantes
24. Que signifie un rapport de réduction r = 1 / 37
 la puissance d’entrée est 37 fois la puissance de
sortie
 la vitesse de sortie est 37 fois plus petite que la
vitesse d’entrée
 le couple de sortie est 37 fois plus petit que le
couple d’entrée
 la différence entre le nombre de roues menantes
25. Un rapport global de réduction est
et le nombre de roues menées
 la fréquence de rotation de l’arbre de sortie
exprimée en tours par minute
 le rapport entre la vitesse de sortie et la vitesse
d’entrée
26. La puissance en sortie de l’arbre moteur représente
 la puissance absorbée par le moteur
 la puissance absorbée diminuée des pertes
 la puissance utile diminuée des pertes
27. Une chaîne cinématique est constituée d’un réducteur par
engrenage de rendement 0.95 et d’un réducteur par poulie
courroie de rendement 0,8. Quel est le rendement
global ?
  = 1,75
  = 0,875
  = 0,76
28. Un réducteur a un rapport de réduction de 1/3. il est
accouplé à un autre réducteur dont le rapport de réduction
est de 1/5. Quel est le rapport global de la transmission ?
 r = (1/3) + (1/5)
 r = (1/3) x (1/5)
 r = (1/3) / (1/5)
29. Un système par poulie courroie réduit la vitesse d’entrée
de 1 / 4 . Sachant que la poulie de sortie a un diamètre de
100 mm , quel est alors le diamètre de la poulie
d’entrée ?
 Dentrée = 25 mm
 Dentrée = 100 mm
 Dentrée = 400 mm
30. Un vérin a un rendement de 0,8. La puissance absorbée
par celui-ci est de 15000W. La tige du vérin se déplace à
la vitesse de 1m/s. Quel charge peut-il déplacer ?
 F = 18750 N
 F = 15000 N
 F = 12 000 N
Nom :
Prénom :
Date :
7