Statique
La statique étudie les effets des forces sur des corps rigides en équilibre. L’objet principal de la statique consiste à étudier l’équilibre des forces de
corps ou de systèmes mécaniques.
Selon les conditions d’équilibre de la statique, un corps au repos reste au repos tant que la somme de toutes les forces et moments s’exerçant sur lui est égale à zéro. La détermination des forces et moments sert de base à la conception et au dimensionnement des ouvrages et composants.
Illustration de l'équilibre des forces et des moments, de la décomposition des forces, du principe de levier et autres
Contenu didactique/essais
- addition et décomposition des forces avec le parallélogramme des forces
- équilibre des forces
- principe des leviers, détermination des moments et de l’équilibre des moments
- système de leviers assemblé
- forces dans les appuis
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Mesure et démonstration de l’allongement d’un ressort, influence du frottement mécanique sur un plan incliné
Contenu didactique/essais
- allongement élastique d’un ressort hélicoïdal (loi de Hooke)
- frottement dynamique en fonction de la force normale des surfaces de contact et de la nature de la surface du corps de frottement
- détermination du coefficient de frottement
- frottement de roulement
- rapports de force au niveau du plan incliné
Montage et mode de fonctionnement de 3 poulies différentes
Contenu didactique/essais
- montage et principe des palans à 4 poulies et à 6 poulies, poulie différentielle
- principe des “machines simples”: transmission de force, travail de levage et énergie potentielle
Mode de fonctionnement d’un engrenage à un ou plusieurs étages
Contenu didactique/essais
- rapport de transmission, vitesse de rotation et moment au niveau de l’engrenage à un étage
- influence des roues intermédiaires sur le sens de rotation
- rapport de transmission au niveau de l’engrenage à deux étages
- transformation du mouvement de rotation en mouvement linéaire et vice versa
Montage et mode de fonctionnement de 2 poulies différentes; deux variantes de montage possibles par poulie
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec différentes poulies
- mesure des
- forces de câble
- forces d’appui
- trajectoires
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Détermination illustrée et expérimentale des efforts
Contenu didactique/essais
- décomposition graphique des forces avec parallélogramme des forces
- détermination des efforts dans la barre au niveau des différentes formes de bras
- comparaison: résultat de mesure – calcul – méthode graphique
Décomposition des forces
Contenu didactique/essais
- mesure des forces dans la barre
- calcul des forces dans la barre avec la méthode des nœuds
- comparaison: résultat de mesure – calcul – méthode graphique
Analyse des forces appliquées, des moments créés et de l'équilibre
Contenu didactique/essais
- principes de l’équilibre des moments: forces appliquées, moments créés et équilibre
- effets des forces en fonction du bras de levier
Exploitation expérimentale d'un principe important: "libérer" dans la statique
Contenu didactique/essais
- conceptualisation expérimentale du principe important de la coupe en statique
- calcul des réactions d’appui pour une position donnée du poids de charge et pour un angle d’attaque connu
- application de la 1re et de la 2e condition d’équilibre de la statique
- compensation complète des réactions d’appui par les forces du câble
- influence de la position du poids de charge sur les réactions d’appui
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Visualisation de l'équilibre des moments
Contenu didactique/essais
- principes de base de l’équilibre des moments: forces d’attaque, moments générés et équilibre
- action des forces en fonction du diamètre de la poulie
Équilibre des forces et des moments, rapport entre réduction de la force et parcours du câble
Contenu didactique/essais
- principes de base de l’équilibre des moments: forces d’attaque, moments générés et équilibre
- rapport entre réduction des forces et trajet du câble
En statique, l’observation des réactions internes montre que les forces et moments internes d’un composant s’opposent à l’action des forces externes. Le dégagement par coupe est le principe de base essentiel de représentation des états des forces internes dans les barres, poutres et câbles.
Application de la méthode des sections pour déterminer les réactions internes de la poutre
Contenu didactique/essais
- calcul des réactions d’appui à partir des conditions d’équilibre de la statique
- application de la méthode des sections pour calculer les forces et moments internes
- avec une charge ponctuelle
- avec plusieurs charges ponctuelles
- calcul de la courbe des efforts tranchants
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Application de la méthode des sections pour déterminer l’effort tranchant
Contenu didactique/essais
- calcul des réactions d’appui à partir des conditions d’équilibre de la statique
- application de la méthode des sections pour calculer les forces internes
- avec une charge ponctuelle
- avec plusieurs charges ponctuelles
- calcul de la courbe des efforts tranchants
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Application de la méthode des sections pour déterminer le moment de flexion
Contenu didactique/essais
- calcul des réactions d’appui à partir des conditions d’équilibre de la statique
- application de la méthode des sections pour calculer les moments internes
- avec une charge ponctuelle
- avec plusieurs charges ponctuelles
- calcul de la courbe des moments de flexion
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Ligne de chaînette d’un câble suspendu librement soumis au poids propre
Contenu didactique/essais
- détermination de la ligne de chaînette d’un câble suspendu librement
- uniquement soumis au poids propre
- avec des charges supplémentaires
- pour montage symétrique (roues à chaîne à la même hauteur)
- pour montage asymétrique
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Différentes méthodes de détermination des forces des barres dans des treillis plans sont présentées. Des méthodes de calcul telles que la méthode des nœuds et la méthode des sections de Ritter ainsi qu’une méthode graphique, l’épure de Cremona.
Mesure des forces des barres; comparaison des forces pour les treillis isostatique et hyperstatique
Contenu didactique/essais
- mesure des efforts dans la barre dans un treillis plan isostatique et un treillis plan hyperstatique
- dépendance des efforts dans la barre par rapport à la force extérieure
- montant, direction, point d’attaque
- mesure et détermination des réactions des appuis
- comparaison de la théorie et de la pratique: comparaison des résultats de mesure avec des méthodes de résolution mathématiques
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Mesure d'efforts dans la barre à l'aide d'une jauge de contrainte
Contenu didactique/essais
- mesure des efforts dans la barre dans différents treillis plans
- dépendance des efforts dans la barre de la force extérieure
- intensité
- direction
- point d’application
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Comparaison des forces dans le cas de treillis isostatiques et hyperstatiques
Contenu didactique/essais
- mesure des efforts dans la barre dans un treillis isostatique et un treillis hyperstatique plan
- répartition des forces dans un treillis plan en fonction de l’utilisation d’une barre supplémentaire
- dépendance des efforts dans la barre par rapport à la force extérieure
- intensité, direction, point d’application
- comparaison des résultats de mesure avec des méthodes de résolution mathématiques
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Analyse des efforts dans la barre pour différents cas de charge
Contenu didactique/essais
- mesure des efforts dans la barre d’un treillis plan, type Howe
- dépendance des efforts dans la barre de la force extérieure
- intensité, direction, point d’application
- comparaison des résultats de mesure avec des méthodes de résolution mathématiques et graphiques
- méthode des nœuds
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- méthode des nœuds
Barres avec ponts intégraux pour jauge de contrainte afin de mesurer l’effort dans la barre
Contenu didactique/essais
- calcul des forces de traction et de compression dans les barres dans différentes conditions de charge: forces droites et obliques
- comparaison des résultats de mesure avec des méthodes de résolution mathématiques et graphiques
- méthode des nœuds
- méthode des sections de Ritter
- épure de Cremona
Appareils d’essai pour l’étude d’un pont suspendu, d’une poutre cantilever et de différents arcs.
Force d'un câble porteur et démonstration des moments de courbure dans la route
Contenu didactique/essais
- apprentissage concernant un pont suspendu
- soumis au poids propre
- soumis à un poids supplémentaire
- soumis à une charge répartie de manière uniforme (charge linéaire)
- soumis à une charge répartie de manière inégale (charge ponctuelle)
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Force du câble porteur et démonstration des moments de flexion dans la route; essais avec une route rigide ou flexible
Contenu didactique/essais
- mesure des forces des câbles porteurs sur un pont suspendu
- non chargé
- chargé
- mesure des forces d’appui en fonction de la charge du pont suspendu
- effet d’une charge mobile
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Calcul des forces appliquées par la méthode des sections et les conditions d'équilibre statique
Contenu didactique/essais
- apprentissage concernant une poutre cantilever
- application de la méthode des sections et des conditions d’équilibre de la statique afin de calculer les réactions d’appui pour
- charge ponctuelle
- charge linéaire
- charge mobile
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Chargement d'un arc symétrique/asymétrique avec charge ponctuelle, linéaire ou mobile
Contenu didactique/essais
- apprentissage concernant des arcs à trois articulations (asymétrique et symétrique)
- application de la méthode des sections et des conditions d’équilibre de la statique afin de calculer les réactions d’appui pour
- charge ponctuelle, charge linéaire, charge mobile
- étude de l’influence de la charge sur la poussée horizontale dans les appuis
- détermination des lignes d’influence pour les appuis soumis à une charge mobile
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Différences entre un arc isostatique et l'arc hyperstatique
Contenu didactique/essais
- principes mécaniques de l’arc parabolique
- différences entre l’arc isostatique et l’arc hyperstatique
- mesure des déformations de l’arc soumis à une charge
- mesure des réactions d’appui au niveau de l’arc hyperstatique soumis à une charge
- calcul des réactions d’appui
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Le frottement apparaît sur tous les corps fixes qui sont en contact les uns avec les autres et qui sont déplacés les uns par rapport aux autres. Les forces qui apparaissent sont dues entre autres à la rugosité de surface qui provoque un engrènement des surfaces.
Corps de frottement fixe, plaque de frottement déplacé de manière uniforme
Contenu didactique/essais
- différence entre le frottement d’adhérence et le frottement de glissement
- forces de frottement en fonction
- de la force normale, la combinaison de matériaux, la taille de la surface de contact
- de la vitesse de glissement (vitesse relative des partenaires de frottement)
- de l’état de surface des partenaires de frottement
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Dynamomètre à cadran avec amortisseur pneumatique réglable pour déterminer les forces de frottement; effet slip-stick
Contenu didactique/essais
- différence entre le frottement statique et le frottement dynamique
- forces de frottement en fonction de
- la force normale
- la vitesse de glissement (vitesse relative des partenaires de frottement)
- de la combinaison de matériaux
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Équilibre statique et passage de l'adhérence au glissement
Contenu didactique/essais
- détermination des coefficients de frottement de différentes combinaisons de matériaux
- transition adhérence – glissement
- équilibre statique des forces au niveau du plan incliné
- détermination de l’angle d’inclinaison à partir duquel le glissement se produit (calcul et vérification au cours de l’essai)
Influence de l'angle d'enroulement, du frottement et de la force (formule d'Eytelwein)
Contenu didactique/essais
- influence de l’angle d’enroulement, coefficient de frottement et force de câble (formule d’Eytelwein de frottement d’un câble)
- comparaison courroie plate – courroie trapézoïdale
- conséquences d’une gorge pour courroies trapézoïdales inadaptée