⚙ Spécialité Sciences de l’ingénieur Première Générale · Chapitre 2

Statique : actions mécaniques et équilibre

Modélisation des actions mécaniques (force, moment, couple), liaisons usuelles et actions transmissibles, principe fondamental de la statique dans le plan, frottement (loi de Coulomb), résolution analytique et graphique.

1. Actions mécaniques

Définition

Une action mécanique se modélise par une force $\vec{F}$ (point d'application, direction, sens, intensité en N) et éventuellement un moment (N·m). Le moment d'une force par rapport à un point $A$ vaut $M_A = F \times d$, où $d$ est la distance de $A$ à la droite d'action de la force (bras de levier), avec un signe selon le sens de rotation qu'elle tend à produire.

Propriété · Liaisons usuelles (modèle plan)

Appui simple : force perpendiculaire au contact. Pivot : force de direction quelconque passant par l'axe, pas de moment autour de l'axe. Glissière : pas de force dans la direction du glissement. Encastrement : force et moment quelconques.

2. Principe fondamental de la statique (PFS)

Propriété · Équilibre d'un solide

Un solide isolé est en équilibre si : la somme des forces extérieures est nulle ($\sum \vec{F} = \vec{0}$, soit deux équations dans le plan) et la somme des moments en un point quelconque est nulle ($\sum M_A = 0$).

ABF = 600 N1 m2 m
Poutre sur deux appuis chargée par une force F : on cherche les actions des appuis A et B.

Exemple · Poutre sur deux appuis

Isolons la poutre ; actions : $\vec{A}$, $\vec{B}$ verticales vers le haut, $\vec{F}$ verticale vers le bas ($600$ N à $1$ m de A, poutre de $3$ m). Moments en A : $B \times 3 - 600 \times 1 = 0$, donc $B = 200$ N. Forces verticales : $A + B - 600 = 0$, donc $A = 400$ N. L'appui le plus proche de la charge en supporte la plus grande part.

3. Frottement

Propriété · Loi de Coulomb

Au contact de deux solides, la force de contact s'incline de l'angle $\varphi$ par rapport à la normale. À la limite du glissement : $T = f \times N$ avec $f = \tan\varphi$ le coefficient de frottement ($T$ tangentielle, $N$ normale). Exemples : acier/acier lubrifié $f \approx 0{,}1$ ; pneu/route sèche $f \approx 0{,}8$.

Activité · Vérifier le PFS avec des dynamomètres

Matérielrègle suspendue à deux dynamomètres, masse marquée de $500$ g.
ConsigneSuspendre la masse à différentes positions et relever les indications des deux dynamomètres.
RésultatLa somme des deux indications vaut toujours le poids ($\approx 4{,}9$ N, plus le poids de la règle), et le dynamomètre le plus proche de la masse indique la plus grande valeur.
BilanLes deux équations du PFS (forces et moments) sont vérifiées expérimentalement.

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12

Brouette

★★★

Une brouette chargée pèse $800$ N, appliqués à $0{,}5$ m de l'axe de la roue ; les poignées sont à $1{,}5$ m de l'axe. Effort vertical aux poignées ? Action de la roue ?

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20

Vrai ou faux

★★☆

a) Le moment d'une force dépend du point choisi. b) Une liaison glissière transmet un effort dans la direction du glissement (sans frottement). c) À l'équilibre, la somme des forces est nulle.

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