SCG-4060

Objectifs d'apprentissage

Connaitre les concepts suivants:

  • La matière et l'énergie
  • Le langage des lignes
  • L'ingénierie
  • Le système musculosquelettique
THÉORIE


Organisation de la matière




Substances pure

Lorsque toutes les molécules d'un échantillon sont identiques (une seule sorte d'atomes ou de molécules).
Un substance possédant une composition définie et des propriétés constantes.

Exemples:

  • Corps simples - élément: diamant, fer, sodium
  • Corps composé:sel, eau distillé, gaz carbonique, sucre de table

Mélange : Lorsqu'un échantillon renferme deux ou plusieurs sortes de molécules.

Exemple: acier, plastique, panneau de fibre

Mélange homogène: C'est un mélange dont on ne peut pas distinguer les constituants.

Exemple: air, eau

Solutions : C'est une mélange homogène

Mélange hétérogène: C'est un mélange dont on peut percevoir certaines parties à l'oeil nu (mélange mécanique).

Exemple: jus de tomate, jus d'orange, biscuit pépites de chocolat

Transformation de l'énergie

Énergie
On peut associer le travail et l'énergie à la chaleur, au déplacement d'un piston dans un moteur, à l'électricité, à la lumière et à un grand nombre d'autres phénomènes.

Joule: C'est l'unité de mesure de l'énergie.

Les différentes énergies

  • Énergie cinétique (mouvement d'un corps ou d'un objet - vitesse)
  • Énergie électrique (prise de courant - déplacement des électrons)
  • Énergie rayonnante (soleil, lumière)
  • Énergie chimique (pile - réactions chimiques - combustion)
  • Énergie potentielle élastique (ressort)
  • Énergie nucléaire (centrale nucléaire)
  • Énergie potentielle gravitationnelle (hauteur - barrage hydroélectrique - parachute)
  • Énergie mécanique (mouvement des pièces mécaniques - moteur - rotation)
  • Énergie thermique (mouvement de particules - chaleur)

La chaleur: C'est de l'énergie thermique transférée à un corps avec une température différente.
Son symbole est Q et son unité de mesure est le joule.

Conversion d'énergie - transformation de l'énergie
C'est la passage d'une forme d'énergie à une autre c'est-à-dire la capacité d'un composant de transformer l'énergie en un autre forme.

Principe de conversion d'énergie
Le principe stipule que la quantité totale d'énergie demeure toujours constante. Aucune énergie ne disparaît ne n'est créée dans un processus.

Énergie fournie = énergie consommée

Exemple:
  • Ampoule: l'ampoule transforme l'énergie électrique en énergie rayonnante et thermique
  • Muscle: Le muscle transforme l'énergie chimique en énergie mécanique et thermique.
  • Un moteur électrique: Le moteur convertit l'énergie électrique en énergie mécanique.
  • Un générateur électrique: Un générateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
  • Un moteur thermique transforme lù chaleur en énergie mécanique.

Langage des lignes

  • Dessin
Un dessin d'ensemble est la représentation d'un mécanisme complet (ou partiel) permettant de situer chacune des pièces qui le composent. Les pièces sont dessinées, à une échelle dépendant des dimensions réelles du mécanisme et de la feuille accueillant le dessin, à leur position exacte (assemblées, ce qui permet de se faire une idée concrète du fonctionnement du mécanisme.
  • Langage des lignes
Le langage des lignes est un ensemble de symboles et de règles utilisés qui permet de représenter géométriquement, de préciser, de fixer et de matérialiser un objet pour sa fabrication.

Lignes de base présentent dans un dessin
Source: Alloprof
Exemple:
La ligne de contour visible


La ligne de contour caché


La ligne d'axe



La cotation

La cotation a pour but de definer les dimensions et les positions relatives des surfaces d'une pièce, ainsi que les variations  possibles pour ces grandeurs tout en garantissant le bon fonctionnement de la pièce dns son mécanisme.

La cote

La ligne d'attache


Source: Centre de développement pédagogique


La ligne de renvoi

Source: Centre de développement pédagogique


La ligne de coupe

Source: Centre de développement pédagogique


Les hachures

Source: Centre de développement pédagogique


Échelles

Une échelle est une proportion entre les dimensions réelles d'un objet et les dimensions sur un dessin. On ne peut pas toujours représenter en grandeur réelle, ou pour faire voir les détails on diminue ou on augmente la taille d'un objet en utilisant une échelle.
Source: Alloprof
Les projections

Une projection oblique est un type de perspective d'un objet placé de manière à ce qu'un de ses faces soit parallèle à la feuille de dessin, tandis, que la profondeur est représentée par des droites obliques et parallèles entre elles. Elle permet de représenter un objet en trois dimensions.

Voici des exemples de projections obliques.
Source: wikimedia
La projection orthogonale

La projection orthogonale est un type de perspective très utilisée en dessin. Elle facilite le dessin de détail et la représentation isométrique. Elle permet de représenter en deux dimensions les différentes faces d'un objet.

C'est une projection telle que la droite et le plan - quels que soient leurs rôles respectifs - sont perpendiculaires.

Source: Slideplayer
Projection isométrique

La perspective isométrique est une forme de représentation en deux dimensions d'objets en trois dimensions qui a pour objectif conservé l'impression de volume ou de relief. La représentation d'un objet placé de manière à ce que les trois arêtes principales forment des angles égaux de 120 degrés.

Source: Slideplayer
Voici des exemples de projections isométriques

Source: wikimedia
Standards et schémas

Un schéma est une représentation simplifiée de l'objet technique. Il existe deux types de schémas: le schéma de principe et le schéma de construction.

  • Le schéma de principe sert à illustrer le fonctionnement ainsi quelles mouvements et les forces dans le fonctionnement. Les éléments représentés sur ce type de schémas contres pièces, le nom des pièces, les mouvements des pièces et les forces.
Voici un métier ou le langage des lignes est important: Charpentier-menuiserie


Les forces

Source: Alloprof
Les mouvements
Source: Alloprof
Exemple:
Source: Alloprof
  • Le schéma de construction sert è illustrer la structure de l'objet et fournit les renseignements nécessaires à sa construction comme les pièces utilisées et leurs rôles respectifs. Les éléments représentés sur ce type de schéma sont les types de matériaux, les formes, les dimensions et le nom de chaque pièce. Les liaisons entre les pièces et les guidages se retrouvent aussi sur ce type de schéma.

Les types de liaisons

Source: Alloprof
Exemple:
Source: Alloprof
Ingénierie mécanique

Fonctions types


  • Liaison: C'est la fonction mécanique jouée par tout organe qui lie ensemble différentes pièces d'un objet technique.


Exemple:
Source: Pixabay

  • Guidage: C'est la fonction mécanique jouée par un ou plusieurs organes qui permettent à un autre élément de se déplacer d'une façon précise, soit en rotation en translation ou les deux en même temps.


Exemple:
Source: Pixabay
  • Étanchéité: C'est la fonction mécanique jouée par un organe qui permet de réduire le frottement entre deux pièces. Elle facilite le glissement ou le roulement entre deux pièces pour éviter l'usure.


Exemple:
Source: Pixabay
Source: wikipedia
Caractéristiques des liaisons

  • Directe ou indirecte

Source: Centre de développement pédagogique



  • Démontable ou indémontable

Source: Centre de développement pédagogique



  • Complète ou partielle

Source: Centre de développement pédagogique

Liaisons types des pièces mécaniques

Source: Centre de développement pédagogique
  • Liaison encastrement: Une liaison encastrement est une liaison complète sans mouvement possible.
  • Liaison pivot: Une liaison pivot permet une rotation de la pièce sur un axe de liaison.
  • Liaison glissière: Une liaison glissière ne permet qu'un mouvement de translation dans une seule direction.
  • Liaison hélicoïdale: Une liaison hélicoïdale permet un mouvement le long d'un axe tout en tournant autour de ce même axe.
  • Liaison rotule: Unel Jason rotule permet de lier complètement deux pièces en translation mais libre en rotation.
  • Liaison appui-plan: Une liaison appui-plan force le mouvement à rester dans un plan mais libre en translation ou en rotation. (un tabouret à roulette sur le plancher)

Avantages et inconvénients
Source: Alloprof

Fonction, composantes et utilisation des systèmes de transmission du mouvement

Roues de friction
Un système de roues de friction est composé de deux ou plusieurs roues en contact dont le mouvement de rotation est transmis par le frottement.
Source: Wikipédia



                                     
Source: Youtube

Poulies

Un système de courroie et poulies comporte une poulie qui, en rotation, entraîne la courroie qui transmet ce mouvement à une seconde poulie.
Source: Wikipédia



                                     
Source: Youtube

Voici un exemple de métier ou la notion de poulie est importante: Arboriculteur-élagueur


Engrenages

Un système d'engrenages est composé de deux ou plusieurs roues dentées qui permettent la transmission d'un mouvement de rotation en s'appuyant une sur l'autre.
Source: pixabay



                                     
Source: Youtube


Roues dentées et chaînes

Un système de chaîne et roues dentées permet la transmission d'un mouvement de rotation entre deux roues dentées ou plus par l'intermédiaire d'une chaîne.
Source: pixabay



Source: f-lohmueller


Roues et vis sans fin

Un système de roue et vis sans fin est composé d'une roue dentée et d'une vis comportant un filetage hélicoïdal.
Source: Wikipédia


                                     
Source: Youtube

Fonction, composantes et utilisation des systèmes de transformation du mouvement.

Vis et écrou

La vis est une tige filetée. L'écrou est un trou dans lequel est gravé un filet. L'ensemble de vis et écrou prend le nom de boulon. Pour plus de détails, vous devez consulter Allô prof.
Source: Wikipédia



                                     
Source: vis et écrou par Alain-Creations

Came et galet

La came est une forme animée d'un mouvement qui agit par contact sur une autre forme afin de lui communiquer un mouvement. Une came peut être ronde, ovale ou cylindrique. Le galet est une forme poussée par la came (tige, barre, levier, ...). Pour plus de détails, vous devez consulter Allô prof.

Source : Wikipedia


Bielle et manivelle

La bielle est une tige ou barre reliant deux pièces mobiles afin de produire un mouvement. La manivelle est une composante mécanique dont on se sert pour imprimer un mouvement.Pour plus de détails, vous devez consulter Allô prof.

Source: Wikipédia

Source : Wikipédia


Pignon et crémaillère

Le pignon est la plus petite des roues dentées d'un système d'engrenages. La crémaillère est une tige ou barre munie de dents. Pour plus de détails, vous devez consulter Allô prof.

Source: Wikipédia 


                                     
Source: Pelletier Physics

Voici les systèmes de transformation du mouvement

Voici un métier ou les notions de poulies, engrenages,... sont importantes: 
Mécanique industrielle 



Changement de vitesse

Les mécanismes permettant des variations de vitesse dans des objets techniques sont les mouvements de transmission du mouvement.

  • roue de friction
  • poulies
  • engrenages
  • roues dentées et chaines
  • roue et vis sans fin

Matériaux

Propriété mécaniques:
La caractérisation des matériaux est l'énumération des différentes propriétés et caractéristiques liées à chacun des matériaux afin de permettre d'avoir une idée juste de son comportement lors de son utilisation. Les propriétés peuvent être des propriétés physiques, chimiques, thermique, électrique, magnétique, de dégradation, mécaniques, etc.

Matières plastiques

La matière plastique est un mélange contenant une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.
Source: Eva Marmen

Céramiques

La céramique est un objet en agile cuite. Il y a deux catégories de céramiques, les poreuses et les vitrifiées.

  • Les poreuses sont brutes et poreuses. Elles sont souvent de coloration rouge, orangé ou brune du `ala présence d'oxyde de fer.
  • Les vitrifiées, comme les grès, sont composé d'une argile à très forte teneur en silice. Elles sont particulièrement résistantes. Les vitrifiées, comme la porcelaine, sont à base de kaolin et elles sont caractérisées pour leur dureté et leur aspect translucide.


Matériaux composites (wikipédia):

Le matériau composite est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas.

Ce phénomène, qui permet d'améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation (légèreté, rigidité à un effort, etc.) explique l'utilisation croissante des matériaux composites dans différents secteurs industriels. Néanmoins, la description fine des composites reste complexe du point de vue mécanique de par la non-homogénéité du matériau.


Bois (wikipédia):

Le bois est un des matériaux les plus appréciés pour ses propriétés mécaniques, pour son pouvoir calorifique et comme matière première pour de multiples branches industrielles. Il a de nombreux usages dans le bâtiment et l'industrie (industries papetières, industries chimiques…), et en tant que combustible. Certaines plantes (palmiers, bambous…) produisent des tissus lignifiés mais non issus d'un cambium secondaire : il ne s'agit donc pas de bois.


Métaux (wikipédia):

Les métaux sont une classe de matériaux très utilisés dans de nombreux domaines : construction (charpentes métalliques, menuiserie en aluminium), plomberie (tuyaux, robinets), véhicules (du vélo à l'avion), machines industrielles, armement, etc.
Les métaux sont également de plus en plus employés dans la plupart des techniques de pointe : accumulateurs électriques, cartes électroniques, écrans plats LCD, capteurs solaires photovoltaïques, lampes fluo-compactes, diodes électroluminescentes, etc. La consommation des métaux s'est ainsi très fortement accrue depuis les années 1980, au point que certains métaux rares sont devenus des matières premières minérales critiques.


Alliages:

Un alliage est la combinaison d'un élément métallique avec un ou plusieurs autres éléments chimiques par fusion.
Un métal pur a des caractéristiques mécaniques qui sont la plupart du temps relativement faibles. Le fait d'ajouter d'autres éléments permet de « durcir » le métal en augmentant ses caractéristiques mécaniques. Ces ajouts permettent également de modifier les caractéristiques chimiques, telle que la résistance à la corrosion, ou d'améliorer d'autres caractéristiques.
Dans un alliage, l'élément métallique majoritaire, c'est-à-dire constituant la plus importante partie du mélange, est appelé « métal de base ». Les éléments ajoutés volontairement sont appelés « éléments d'alliage » et les éléments non désirés sont appelés « impuretés ».

Les contraintes

Traction et compression


  • La traction est une contrainte mécanique équivalente à l'action de forces opposées qui étirent un matériau.


  • La compression est une contrainte mécanique équivalente à l'action de forces opposées qui exercent une pression à sur un matériau.

Source


Source : Ève Marmen
Lecture jusqu'à 20 min 7 s.

Torsion, cisaillement et flexion


  • La torsion est une contrainte mécanique équivalente à l'action de tordre, de faire « vriller » un matériau


  • Le cisaillement est une contrainte mécanique équivalente à l'action d'une force appliquée parallèlement ou tangentiellement à un matériau.


  • La flexion est une contrainte mécanique équivalente à l'action de fléchir, de courber, de plier un matériau.


Source : Ève Marmen
Lecture jusqu'à 20 min 7 s.


Les déformations


  • Élastique: La déformation élastique est une déformation réversible. Un matériau solide se déforme lorsque des forces lui sont appliquées. Un matériau élastique retrouve sa forme et sa taille initiales quand ces forces ne s'exercent plus, jusqu'à une certaine limite de la valeur de ces forces. Les tissus biologiques sont également plus ou moins élastiques.
  • Permanente: La déformation permanente est une déformation irréversible. Un matériau solide se déforme lorsque des forces lui sont appliquées.
  • Rupture : Une rupture ou fracture d'un matériau est la séparation, partielle (comme une fissure ou une brisure) ou complète, en deux ou plusieurs pièces sous l'action d'une contrainte. Elle survient lorsque la capacité de déformation de l'objet est dépassé.


Source : Ève Marmen
Lecture jusqu'à 18 min 9 s.

Sous l'effet d'une contrainte
Un matériau peut réagir de 3 façons différentes selon ses propriétés mécaniques sous l'effet d'une contrainte.

Résister: 
  • Dureté: résister à la pénétration d'un autre matériau - blocs de départ lors d'une course
  • Rigidité: garder la forme même sous une contraintes - perche, aileron 
  • Résilience: résister aux chocs sans e rompre - casque protecteur
Se déformer:
  • Malléabilité: s'aplatir ou se courber sans se rompre - roues du vélo
  • Ductilité: s'étirer sans se rompre - combinaison de ski
  • Élasticité: se déformer et reprendre sa forme initiale - perche, pneu de vélo, tapis de réception du saut à la perche
Se briser:
  • Fragilité: se briser plutôt que se déformer - bateau en carbone, aviron

Ingénierie électrique

Circuit électrique simple
Un circuit électrique comprend toujours une source de courant, des fils conducteurs et un appareil consommateur d'énergie.

  • La source peut être une pile, une batterie ou un réseau électrique.
  • Le transport peut comporter un interrupteur qui permet ou pas le passage du courant, des fils conducteurs qui assurent le transport du courant et un fusible ou un disjoncteur qui protège le circuit en cas de surcharge.
  • Le consommateur peut être une ampoule ou une résistance.

En alimentant le circuit, la source fournit de l'énergie électrique que les fils transportent et que le consommateur dépense.
Source: maxicours.com

Fonction d'alimentation
La fonction d'alimentation est la capacité à générer un courant électrique (pile, batterie,...)

Fonction de commande
La fonction de commande est la capacité de contrôler le passage du courant électrique (interrupteur).

Fonction de conduction et d'isolation
La conduction est la capacité à laisser passer le courant électrique.

  • Conducteur: Il achemine le courant d'un point à l'autre du circuit. Il conduit l'électricité.

Exemple:

  • Aluminium - transport d'électricité sur des grandes distances et à haute tesion.
  • Cuivre - fils de maison
  • Or , argent, acier, zinc, les métaux en général.

  • Isolant: Il empêche le courant de dévier de son chemin. Il bloque le passage aux charges parce que les charges ne peuvent circuler dans sa structures.

Exemple:

  • Plastique, caoutchouc, verre, mica, porcelaine, papier, air, céramique, bois...

Source: Classe de Myli Breizh
Réflexion
Pourquoi l'ampoule ne s'allume pas ?


Source: Classe de Myli Breizh


Système musculosquelettique

Le système musculosquelettique assure la forme, la stabilité et le mouvement. Il est composé d'os, de muscles, de tendons, les ligaments et autres. Son rôle essentiel est dans le mouvement. Le squelette, lui, assure le soutien et la protection du corps.

Squelette:
Source: Wikipédia 
Tête

Source: Futura science 
Colonne vertébrale
Source:Wikipédia

Thorax
Source: Wikipédia 

Membres inférieurs et membres supérieurs
Source: Wikipédia 

Muscles squelettiques

Les muscles squelettiques sont les muscles sous contrôle du système nerveux. Le corps humain comprend environ 600 muscles. Les muscles sont fixés aux os par des tendons.
Source: Wikipédia 
En fait, le système musculosquelettique permet au squelette, à l'aide des muscles, de faire des mouvements volontaires selon les principes de levier, de points d'attache et de degrés de liberté (types de mouvement).


Type de mouvements articulaires

Une articulation est l'union (le joint) de deux ou plusieurs os. Les os sont reliés entre eux par des ligaments et/ou capsule. Une articulation est plus ou moins mobile selon sa fonction, sa constitution, sa forme, et la nature des éléments environnants.

Il y a trois types d'articulation
  • Articulations fixes (crâne)
  • Articulations semi-mobiles (vertèbres)
  • Articulations mobiles (genou, coudre, hanche, épaule,...)

Type de mouvements
  • Flexion: un des mouvements du corps humain qui permet de plier ou d'approcher une partie sur une autre. La flexion est le mouvement opposé à l'extension.

Exemple: coude, pied, orteil, poignet,...
Source: pixabay
  • Extension: Un des mouvements du corps humain menant à une augmentation de l'angle entre les deux parties d'un membre c'est-à-dire qu'il permet d'éloigner ou déplier une partie sur uneautre. L'extension est le mouvement contraire à la flexion.

Exemple: coude, pied, orteil, poignet,...

Source: Pixabay


  • Abduction: Un des mouvements du corps menant à l'éloignement d'un membre du centre. L'abduction est le mouvement contraire de l'adduction.

Exemple: jambes, doigts, bras avec le corps
Source: Wikipédia
  • Adduction: Un des mouvements du corps humain menant au rapprochement d'un membre du centre. L'adduction est le mouvement contraire de L'abduction.

Exemple: jambes, doigts. bras avec le corps.
Source: Pixabay


  • Rotation: Un des mouvements du corps humain menant à un mouvement circulaire du membre en combinant différents mouvements.

Exemple: poignet, cheville, tête, bras, tronc,..
Source: Holisticattitude

Pour en savoir un peu plus

La commande du mouvement

Source: Réseau canopé

Le réflexe


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