⚛ Physique-chimie · Bac Pro · Physique Première Bac Pro ASSP · Chapitre 2

Mouvements, forces et ergonomie

Référentiel, trajectoire et vitesse ; caractéristiques d'une force, poids et masse ; moment d'une force et bras de levier ; application aux gestes et postures de manutention des personnes.

1. Décrire un mouvement

Définition

Un mouvement se décrit par rapport à un référentiel (objet de référence). La trajectoire est l'ensemble des positions successives : rectiligne, circulaire ou curviligne. La vitesse moyenne vaut $v = \dfrac{d}{t}$ ; $1$ m/s $= 3{,}6$ km/h. Le mouvement est uniforme si la vitesse est constante, accéléré si elle augmente, ralenti si elle diminue.

2. Les forces

Définition

Une force modélise une action mécanique. Elle est représentée par un vecteur défini par : son point d'application, sa direction, son sens et sa valeur (en newtons, N), mesurée au dynamomètre.

Propriété · Poids et masse

Le poids d'un objet est la force d'attraction exercée par la Terre : vertical, vers le bas, de valeur $P = m \times g$ avec $g = 9{,}8$ N/kg. La masse (en kg) ne dépend pas du lieu ; le poids, si.

3. Moment d'une force et ergonomie

Définition

Le moment d'une force $F$ par rapport à un axe de rotation est $M = F \times d$ (en N·m), où $d$ est le bras de levier, distance entre l'axe et la droite d'action de la force. Un solide en rotation est en équilibre si la somme des moments qui le font tourner dans un sens est égale à celle des moments dans l'autre sens.

L'avant-bras est un levier : plus la charge est loin du coude, plus le moment de son poids est grand.

Exemple · Effort du biceps

Une charge de $5$ kg tenue à $35$ cm du coude : $M = 49 \times 0{,}35 \approx 17{,}2$ N·m. Le biceps, attaché à $4$ cm du coude, doit exercer $F = \dfrac{17{,}2}{0{,}04} \approx 430$ N : près de $9$ fois le poids de la charge !

Propriété · Gestes et postures

Pour réduire les efforts du dos lors d'une manutention (lever d'une personne, port d'un enfant) : rapprocher la charge du corps (réduire le bras de levier), dos droit, plier les jambes, pieds écartés, utiliser les aides techniques (lève-personne, drap de glisse).

Expérience · Vérifier la condition d'équilibre d'une règle

Matérielrègle graduée percée en son milieu, axe, masses marquées de $50$ g et $100$ g.

ProtocoleSuspendre $100$ g à $10$ cm à gauche de l'axe, puis chercher où placer $50$ g à droite pour que la règle reste horizontale.

ObservationL'équilibre est obtenu pour $50$ g placés à $20$ cm à droite.

Interprétation$0{,}98 \times 0{,}10 = 0{,}49 \times 0{,}20$ : les deux moments sont égaux ($0{,}098$ N·m).

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Référentiel

★☆☆

Un patient est assis dans un fauteuil roulant poussé dans un couloir. Est-il en mouvement par rapport au fauteuil ? par rapport au couloir ?