Systèmes mécaniques en 5ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de systèmes mécaniques pour les élèves de 5ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Transmission et transformation du mouvement
- Engrenages, poulies, bielles et manivelles
- Analyse d'un mécanisme réel (vélo, boîte à vitesses simple)
Transmission et transformation du mouvement
La transmission du mouvement, c'est faire passer un mouvement d'une pièce à une autre. La transformation du mouvement, c'est changer le type de mouvement : par exemple, transformer un mouvement circulaire (rotation) en mouvement rectiligne (aller-retour).
Exemple
Dans un vélo, le mouvement de tes pieds qui tournent les pédales se transmet à la roue arrière par la chaîne. Dans une scie sauteuse, le moteur qui tourne fait monter et descendre la lame : c'est une transformation de mouvement.
À retenir : La transmission passe le mouvement d'un endroit à un autre, la transformation change le type de mouvement.
Les engrenages
Les engrenages sont des roues dentées qui s'engrènent ensemble. Les dents de l'une rencontrent les dents de l'autre pour transmettre un mouvement de rotation. Plus une roue est grande, plus elle tourne lentement, mais plus elle a de force.
Exemple
Dans une boîte de vitesses de voiture, les engrenages permettent de changer la vitesse. Sur un vélo, le dérailleur fait passer la chaîne d'un pignon à un autre pour changer de vitesse.
À retenir : Les engrenages transmettent la rotation en changeant la vitesse et la force du mouvement.
Les poulies et courroies
Une poulie est une roue qui tourne sur elle-même. Une courroie est une bande qui s'enroule autour de deux poulies pour transmettre le mouvement d'une poulie à l'autre sans contact direct.
Exemple
Dans une machine à laver, une courroie relie le moteur au tambour qui tourne. Dans un ascenseur, des poulies et des câbles permettent de monter et descendre la cabine.
À retenir : La courroie relie deux poulies pour transmettre le mouvement à distance.
Les bielles et manivelles
Une manivelle est une barre qui tourne autour d'un point fixe. Une bielle est une barre qui relie deux points mobiles. Ensemble, elles transforment un mouvement circulaire en mouvement aller-retour, ou l'inverse.
Exemple
Sur un moulin à café à l'ancienne, ta main qui tourne la manivelle crée un mouvement circulaire. Dans un moteur de voiture, les bielles relient les pistons qui montent et descendent au vilebrequin qui tourne.
À retenir : La manivelle tourne, la bielle transforme ce mouvement en aller-retour.
Analyse d'un mécanisme réel : le vélo
Le vélo est un système mécanique complet : tu tournes les pédales, fixées aux manivelles, qui font tourner le plateau (une roue dentée). La chaîne transmet ce mouvement au pignon (une petite roue dentée) de la roue arrière. Tout cela crée le mouvement de la roue.
Exemple
Avec un petit pignon à l'arrière, la roue fait plus de tours à chaque tour de pédale : tu vas plus vite, mais pédaler est plus dur. Avec un grand pignon, la roue fait moins de tours à chaque tour de pédale : tu avances moins vite, mais pédaler est plus facile, ce qui aide en montée.
À retenir : Le vélo combine manivelles, plateau, chaîne et pignons pour transmettre l'effort des jambes à la roue arrière.
Analyse d'un mécanisme réel : boîte de vitesses simple
Une boîte de vitesses change les roues dentées en prise entre le moteur et les roues pour modifier la vitesse et la force transmises. Ce n'est pas la taille des engrenages qui compte, mais le rapport entre la roue menante (côté moteur) et la roue menée (côté roues) : une petite roue menante qui entraîne une grande roue menée donne moins de vitesse mais plus de force ; une grande roue menante qui entraîne une petite roue menée donne plus de vitesse mais moins de force.
Exemple
En voiture, quand tu démarres, tu utilises la 1re vitesse : une petite roue menante entraîne une grande roue menée, donc les roues tournent lentement mais avec beaucoup de force pour faire partir la voiture. Sur l'autoroute, tu utilises la 5e vitesse : la roue menante est plus grande que la roue menée, donc les roues tournent vite, avec moins de force, car la voiture est déjà lancée.
À retenir : La boîte de vitesses choisit le rapport entre roue menante et roue menée pour adapter la vitesse et la force selon la situation.
Les points clés
- Transmission = passer le mouvement d'un endroit à un autre ; Transformation = changer le type de mouvement
- Les engrenages : grande roue = lenteur mais force ; petite roue = vitesse mais peu de force
- Poulie + courroie = transmission à distance, sans contact direct entre les poulies
- Manivelle + bielle = transformer rotation en aller-retour
- Vélo = manivelles + plateau + chaîne + pignons + roues
- Boîte de vitesses = choisir les engrenages pour adapter vitesse et force
L'essentiel
Les systèmes mécaniques combinent transmission et transformation de mouvement pour adapter la force et la vitesse selon les besoins.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Tu as un vélo avec deux pignons à l'arrière : un petit (12 dents) et un grand (30 dents). Explique sur quel pignon tu dois te mettre pour monter une côte difficile, et pourquoi.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Imagine un mécanisme bielle-manivelle : une manivelle tourne en cercle ; elle est reliée par une bielle à un piston qui ne peut que monter et descendre. Décris le mouvement de la bielle.
Corrige cet exercice avec le tuteur →