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
- Les liaisons mécaniques : pivot
- Les liaisons mécaniques : glissière
- Les liaisons mécaniques : appui plan
- Transmission du mouvement : engrenages
- Transmission du mouvement : poulies et courroie
- Transformation du mouvement : bielle-manivelle
- Schémas cinématiques : représentation
- Analyse d'un mécanisme : le vélo
- Analyse d'un mécanisme : boîte à vitesses
Ce que tu vas réviser
- Liaisons mécaniques : pivot, glissière, appui plan
- Transmission et transformation du mouvement
- Engrenages, poulies, bielles et manivelles
- Schémas cinématiques
- Analyse d'un mécanisme réel (vélo, boîte à vitesses simple)
Les liaisons mécaniques : pivot
Une liaison pivot permet à deux pièces de tourner l'une autour de l'autre autour d'un axe fixe. C'est comme une charnière de porte qui tourne sur ses gonds.
Exemple
Les roues d'une voiture tournent autour d'un axe grâce à une liaison pivot. Les pales d'un ventilateur aussi.
À retenir : Une liaison pivot permet la rotation autour d'un axe, mais pas le déplacement.
Les liaisons mécaniques : glissière
Une liaison glissière permet à deux pièces de glisser l'une sur l'autre dans une seule direction. Une pièce peut avancer et reculer, mais pas tourner.
Exemple
Le tiroir d'une table glisse sur ses rails. Les portes coulissantes d'un ascenseur utilisent aussi des glissières.
À retenir : Une liaison glissière permet le déplacement en ligne droite, mais pas la rotation.
Les liaisons mécaniques : appui plan
Une liaison appui plan permet à deux pièces de glisser l'une sur l'autre dans toutes les directions, mais sans tourner. C'est comme un objet qui glisse sur une table.
Exemple
Un livre qui glisse sur une table, ou un palet de hockey sur la glace utilisent une liaison appui plan.
À retenir : Une liaison appui plan permet le glissement dans tous les sens, mais pas la rotation.
Transmission du mouvement : engrenages
Les engrenages sont des roues dentées qui s'engrènent ensemble. Quand une roue tourne, ses dents poussent les dents de l'autre roue, ce qui la fait tourner aussi.
Exemple
Dans une boîte de vitesses de voiture, les engrenages permettent de changer la vitesse. Sur un vélo avec dérailleur, les petites roues dentées transmettent le mouvement.
À retenir : Les engrenages transmettent le mouvement de rotation d'une roue à une autre en changeant la vitesse.
Transmission du mouvement : poulies et courroie
Une poulie est une roue avec une gorge. Une courroie s'enroule autour de deux poulies et les relie. Quand une poulie tourne, elle entraîne la courroie, qui fait tourner l'autre poulie.
Exemple
Dans une machine à laver, une courroie relie le moteur au tambour. Sur un vélo stationnaire, une courroie relie les pédales à la roue.
À retenir : Les poulies et courroies transmettent le mouvement de rotation sans contact direct entre les roues.
Transformation du mouvement : bielle-manivelle
La bielle et la manivelle transforment un mouvement de rotation en mouvement de va-et-vient, ou l'inverse. La manivelle tourne, et la bielle pousse un piston qui avance et recule.
Exemple
Dans un moteur de voiture, la manivelle tourne et pousse les bielles qui font bouger les pistons. Sur une vieille pompe à eau manuelle, on tourne la manivelle et le piston monte et descend.
À retenir : La bielle-manivelle transforme la rotation en mouvement linéaire de va-et-vient.
Schémas cinématiques : représentation
Un schéma cinématique est un dessin simplifié d'un mécanisme qui montre comment les pièces sont liées et comment elles bougent. On utilise des symboles pour représenter les liaisons.
Exemple
Le schéma cinématique d'un vélo montre les roues (cercles), les liaisons pivot (points), et la chaîne qui relie les pignons.
À retenir : Un schéma cinématique utilise des symboles simples pour montrer comment un mécanisme fonctionne.
Analyse d'un mécanisme : le vélo
Un vélo est un système mécanique complexe. Les pédales tournent (pivot), la chaîne transmet le mouvement (transmission), et les roues tournent (pivot) pour avancer.
Exemple
Quand tu appuies sur les pédales d'un vélo, tu tournes la manivelle. La chaîne entraîne la roue arrière, qui tourne et te propulse en avant.
À retenir : Le vélo utilise des liaisons pivot, une transmission par chaîne, et des engrenages pour transformer ton effort en mouvement.
Analyse d'un mécanisme : boîte à vitesses
Une boîte à vitesses est un système d'engrenages qui permet de changer la vitesse et la force d'un véhicule. Différentes combinaisons d'engrenages donnent différentes vitesses.
Exemple
Dans une voiture, la première vitesse est lente mais puissante pour démarrer. La cinquième vitesse est rapide mais moins puissante pour rouler sur l'autoroute.
À retenir : La boîte à vitesses utilise des engrenages pour adapter la vitesse et la force selon les besoins.
Les points clés
- Les trois liaisons principales sont : pivot (rotation), glissière (déplacement linéaire), appui plan (glissement libre).
- Les engrenages transmettent le mouvement en changeant la vitesse et la direction de rotation.
- La bielle-manivelle transforme un mouvement de rotation en mouvement de va-et-vient.
- Un schéma cinématique représente simplement comment les pièces d'un mécanisme sont liées et bougent.
- Le vélo et la boîte à vitesses sont des exemples réels de systèmes mécaniques complexes.
L'essentiel
Un système mécanique combine des liaisons (pivot, glissière, appui plan) et des transmissions (engrenages, poulies, bielle-manivelle) pour transformer et transmettre le mouvement.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Observe le schéma cinématique d'une porte. La porte est attachée au mur par deux charnières. Quel type de liaison mécanique représentent les charnières ? Justifie ta réponse en expliquant le mouvement possible de la porte.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un vélo possède un plateau (grand engrenage) de 40 dents et un pignon (petit engrenage) de 20 dents reliés par une chaîne. Quand le cycliste fait tourner le plateau une fois, combien de fois le pignon tourne-t-il ? Montre ton calcul.
Corrige cet exercice avec le tuteur →