Équilibre d`un solide soumis à 3 forces

Classe de 2nde — TP de PHYSIQUE — Mécanique
Équilibre d’un solide soumis à 3 forces
1–Montage
La figure montre un point O relié à 3 ficelles au bout desquelles se trouvent
des masses par l’intermédiaire de 2 poulies pour deux de ces masses.
−
→ −
→ −
→
On dira que le point O est soumis à l’action de 3 forces F1 , F2 et F3
Les ficelles transmettent intégralement les forces.
Une poulie change la direction de la force mais pas la valeur de cette force.
γ
α
O
β
Dans ce TP, on négligera les frottements et on prendra g = 10 m/s2
m3
Le poids est un cas particulier de force : il s’exprime en Newton (N) selon la
relation
P =m·g
m1
m2
Toute force s’exprime aussi en Newton.
2–Travail à effectuer
Réalisez le montage en mettant des masses m 1 , m 2 et m 3 les plus différentes possibles, les plus grandes possibles et en évitant
d’avoir des angles α, β et γ trop proches, trop aigus ou trop proches de 180°.
Placez ensuite une feuille blanche sur le support en bois (punaises ou ruban adhésif) de telle sorte que le point O corresponde à
peu près au centre de la feuille.
Vous allez faire en quelque sorte la photographie de l’expérience : avec un crayon effaçable et une règle, dessinez des segments
de droite les plus parallèles possibles aux ficelles et se rejoignant sur l’image de O sur la feuille. Notez pour chaque trait la masse
suspendue correspondante puis décrochez la feuille.
Avec le rapporteur, mesurez et notez les 3 angles α, β et γ.
Refaites la même expérience avec d’autres valeurs de m 1 , m 2 et m 3 pour que chaque membre du binôme ait sa propre feuille et
que les 2 soient différentes.
3–Questions
1. Calculez le poids P1 , P2 et P3 respectivement de chacune des masses m 1 , m 2 et m 3 .
Indiquez ces valeurs sur la feuille.
−
→ −
→ −
→
2. Ces 3 poids créent 3 forces F1 , F2 et F3 de valeurs identiques aux poids agissant sur le point O. Vous allez représenter ces
3 forces par des vecteurs de longueurs proportionnelles aux valeurs et dont l’origine sera le point O puisque ces forces
agissent toutes sur O.
Choisissez une échelle qui donne des vecteurs assez grands et notez cette échelle sur la feuille.
Notez aussi entre parenthèses la longueur de chacun des vecteurs à côté de la valeur de chaque force.
→
− −
→ −
→
3. À l’aide du rapporteur ou du compas, faîtes la construction permettant d’obtenir F = F2 + F3 .
→
−
−
→
4. Comparez la direction, le sens et la valeur du vecteur F obtenu au vecteur F1 .
−
→ −
→ −
→
5. En déduire une relation simple entre F1 , F2 et F3 .
−
→ −
→ −
→
6. Tracez un triangle dont les côtés sont identiques aux vecteurs F1 , F2 et F3 .
Retrouvez les angles α, β et γ sur cette figure puis indiquez à l’intérieur la valeurs des 3 angles correspondants : α0 , β0 et γ0 .
Comparez α0 , β0 et γ0 et α, β et γ.
1/ 1