TP : Rotation et moments de forces

Lors des compétitions de roller de vitesse, le choix de l’équipement est primordial, en particulier celui des roues.
Objectifs :

  • Écrire et exploiter la relation entre vitesse linéaire et vitesse angulaire
  • Comprendre la notion de moment de force

Vitesses angulaire et linéaire

Document 1 :
Taille des roues : Les roues des rollers ont un diamètre qui se situe entre 45 mm et 125 mm. Une grande roue offrira plus de vitesse mais moins d’accélération, ce qui est idéal pour la randonnée ou la course par exemple. À l’inverse une petite roue confère moins de vitesse mais plus d’accélération et sont donc plus adaptées à du roller street par exemple.
Les plus grands diamètres correspondent généralement aux rollers en ligne et les plus petits aux rollers quad. A partir de 100 mm de diamètre jusqu’à 125 mm, vous trouverez des rollers 3 roues au lieu de 4 habituellement.”

https://rollerclub.fr/choisir-roues-roller

roue de roller
  1. D’après le document 1, sur quel paramètre des roues de roller peut-on jouer pour augmenter la vitesse ?
  2. On souhaite étudier le paramètre « taille des roues ». On supposera que l’athlète roule à 20 km.h-1 avec des roues de 84 mm de diamètre.
    1. Convertir cette vitesse en m.s-1.
    2. Calculer le temps mis par la roue pour faire un tour.
    3. En déduire la vitesse angulaire de la roue en rad.s-1.
  3. On suppose que la vitesse angulaire reste la même mais on utilise maintenant des roues de 110 mm.
    1. Calculer le temps mis par la roue pour faire un tour.
    2. Calculer la distance parcourue en un tour de roue.
    3. En déduire la vitesse de l’athlète dans ces conditions.
  4. Commenter les résultats obtenus. Sont-ils conformes aux prévisions réalisées à la question 1 ?
  5. Choisir, parmi les relations ci-dessous, celle qui fait le lien entre vitesse, rayon et vitesse angulaire. Justifier en utilisant les réponses aux questions précédentes.
\Large {v=R \times \omega}
\Large {v=\frac{R}{\omega}}
\Large {v=\frac{\omega}{R}}
\Large {v=R + \omega}

Moment d’une force

Pour visser une roue de voiture, on utilise une clé plutôt qu’un simple tournevis, ce qui rend notre geste et donc notre force plus efficace. De quoi dépend l’effet de rotation d’une force ?

Moment d’une force
Pour rendre compte de l’effet de rotation d’une force, on utilise le moment. Par définition, dans un système qui possède un axe de rotation Δ, le moment d’une force par rapport à cet axe s’exprime par la relation :

\boxed{\Large M_{\Delta}(\overrightarrow{F}) = F \times d}
Unités du système international

M_{\Delta}(\overrightarrow{F}) en N.m

F en N

d en m

moment d'une force
  1. Se rendre sur l’application suivante et choisir la section “jeu”:

ANIMATION MOMENTS DES FORCES PHET.COLORADO

  1. Résoudre les différents défis
  2. Proposer une conclusion permettant de savoir si un objet soumis à deux forces est en équilibre
  3. Vérifier expérimentalement votre conclusion.
  4. Expliquer pourquoi on utilise une clé plutôt qu’un tournevis pour visser la roue d’une voiture.
 Leçon terminée
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