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TP S.I.I. Cycle 6 : Etude du comportement
statique des systèmes mécaniques
Lycée Ferdinand
Buisson
Cinématique PTSI
Cycle 6 :
Etude du comportement statique des systèmes
Résolution d’un problème de statique graphique
Compétences : B2, C
Ilot: 04 – Winch
Activités Contenu Compétences
1 Modélisation cinématique – loi ES réducteur B2
2 Etude du modèle de comportement C
3 Etude du modèle de connaissance C
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Etude statique des systèmes mécaniques
Objectifs à atteindre Résolution d’un problème de statique avec frottement
Volume horaire du module en présentiel
2h30
Compétences professionnelles visées
Etre capable :
de comprendre modéliser un système mécanique
de mesurer sur le système des efforts et moments
d’étudier le modèle de connaissance (avec frottements)
analyser les écarts
Bases théoriques Cours statique des systèmes mécaniques
Activités pédagogiques TP
Systèmes mis en œuvre Winch
Logiciels utilisés Solidworks
Le thème de ce module repose sur le système Winch
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Présentation du Winch
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04 – Winch Activité Contenu
1 Modélisation cinématique – Loi E/S
Acteur Modélisateur
Cinématique du réducteur
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04 – Winch Activité Contenu
2 Etude du modèle de comportement
Acteur Expérimentateur
1. Fonctionnement et manipulations
Installez le winch et un support de poulie sur un établi de la façon suivante en utilisant le nœud préconisé :
Enroulez la corde de 3 tours sur le winch. Manœuvrez la manivelle en tenant le bout libre sans tension
puis avec une petite tension. Inversez ensuite le sens de la manivelle. Effectuez la même manœuvre avec
un seul tour d’enroulement de la corde.
Décrivez alors en quelques lignes le mode d’utilisation du winch pour tendre les cordages.
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2. Influence du nombre de tours de corde sur le winch
Manipulations et mesures
Vous pouvez constater lors de vos manipulations que l’effort à exercer sur le brin mou est différent selon
le nombre de tours de corde autour du tambour du winch. Nous allons déterminer expérimentalement cet
effort à exercer par l’utilisateur.
Installez le second support de poulie ainsi que le support des masses d’équilibrage selon le schéma ci-
dessous :
Assurez-vous que les poulies sont bien dans l’axe de la corde (la corde ne doit pas frotter les bords des
supports de poulies).
Pour différents nombres de tours d’enroulements, chargez le support avec des masses de façon à
équilibrer le contre-poids de 25kg. La manipulation étant peu précise, vous effectuerez 2 mesures à chaque
fois.
Complétez alors le tableau suivant donnant la tension t dans le brin mou qui dépend de la masse
déposée sur le plateau d’équilibrage :
Nombre de tours de
corde
t (en N)
1er
essai
t (en N)
2ème
essai
t (en N)
moyenne
1 tour
2 tours
3 tours
Remarque : les poulies libres en rotation modifient la direction de la corde sans changer sa tension. La
tension à laquelle la corde est soumise reste donc la même de part et d’autre de la poulie.
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3. Moments des forces appliquées au tambour
Laissez le contre-poids de 25kg en équilibre sous l’action des masses sur le support avec 3 tours de
corde. Exercez alors avec un dynamomètre une force F en bout de manivelle de façon à faire monter
légèrement la charge. La direction de cette force devra être horizontale et perpendiculaire à la manivelle,
comme sur la figure suivante :
C
L
r t
T
F
Calculez alors en valeur algébrique (c’est à dire avec le signe négatif ou positif) le moment autour de
l’axe (C,z) de chacune des 3 forces exercées : TM Z , tM Z et FM Z . Vous détaillerez vos calculs.
Effectuez la somme algébrique des moments précédents : FMtMTMM ZZZZ
Reproduisez la même manipulation en ajoutant 2Kg puis 4Kg sur le support des masses. Relevez les
nouvelles valeurs de F.
Effectuez alors les mêmes calculs que précédemment pour remplir le tableau suivant :
Masses
d’équilibrage TM Z tM Z FM Z ZM
équilibre
équilibre + 2Kg
équilibre + 4Kg
Que pouvez-vous en déduire quant à la somme des moments autour de Z appliqués sur le tambour du
winch ?
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04 – Winch Activité Contenu
2 Etude du modèle de connaissance
Acteur Pilote de projet
4. Etude Statique du réducteur
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5. Etude du frottement dans les brins
Voici la méthode permettant de calculer la valeur minimum de la tension t dans le brin mou pour ne pas
qu’il y ait glissement de la corde sur le tambour :
En isolant un brin de courroie élémentaire à la limite du glissement, et en appliquant le théorème de la
résultante statique en projection sur u et v à l’élément, démontrer la formule exposée ci-dessus.
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Pour une tension T dans le brin tendu de 250N, calculer les différentes valeurs (fonction de l’angle
d’enroulement) de tension théorique t du brin mou permettant l’adhérence de la corde sur le tambour. On
prendra f=0,2 comme coefficient de frottement entre la corde et le tambour.
Nombre de tours de
corde (en rad) T (en N) t (en N)
1 tour
2 tours
3 tours
Comparez les valeurs théoriques avec celles déterminées expérimentalement.
Combien de tour le marin doit-il faire autour du winch avec l’écoute pour que les spécifications du
CDC soient réalisées ?
Conclure.