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Sciences de l'ingénieur · BTS & DUT (EST) — DUT (EST)

Statique et dynamique des solides

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Le PFS stipule que pour un solide en équilibre dans un référentiel galiléen, le torseur des actions mécaniques extérieures est nul : $${T_{ext \to S}} = {0}$$ Soit en un point $A$ : $\sum \vec{F}{ext} = \vec{0}$ et $\sum \vec{M}{A, ext} = \vec{0}$. Le torseur d'une liaison s'écrit sous forme de composantes selon les degrés de liberté bloqués.

Méthodes à maîtriser

  1. Isolement du solide : Définir précisément le système étudié.
  2. Bilan des actions mécaniques : Lister les forces à distance (poids) et de contact (liaisons).
  3. Choix du point de calcul : Choisir un point où le maximum de forces inconnues passe pour simplifier le calcul des moments.
  4. Projection : Projeter les vecteurs dans une base orthonormée directe $(\vec{x}, \vec{y}, \vec{z})$.

Exemples corrigés

Exemple : Une barre en équilibre soumise à une force $F$ en $B$ et une liaison pivot en $A$. Calcul du moment en $A$ : $\vec{M}{A}(\vec{F}) + \vec{M}{A}(\text{Poids}) = \vec{0}$. On en déduit la réaction en $B$ par projection.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le poids du solide si la masse est donnée.
  • Se tromper dans le signe du moment (règle de la main droite).
  • Ne pas vérifier si le système est isostatique avant de résoudre.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Statique et dynamique des solides

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Quelle est la condition d'équilibre d'un solide soumis à deux forces ?

❓ Questions fréquentes

Pourquoi on utilise souvent le torseur pour résoudre les problèmes ?

Parce que le torseur permet de regrouper les forces et les moments dans une seule écriture mathématique, facilitant ainsi les calculs de transfert de points.

💡 À retenir : Le torseur est l'outil standard pour manipuler les actions mécaniques.

Est-ce que les moments sont toujours exprimés en N.m ?

Oui, dans le système international, le moment d'une force est le produit d'une force (Newton) par une distance (mètre).

💡 À retenir : Unité = $N \cdot m$.

Est-ce que la réaction d'un appui plan est toujours perpendiculaire au plan ?

Oui, si le contact est sans frottement, la réaction est normale au plan de contact. S'il y a frottement, elle est inclinée.

💡 À retenir : Contact sans frottement = Réaction normale.

Comment vérifier si mon résultat est correct ?

Vérifie les unités, fais une analyse dimensionnelle, et teste si tes résultats respectent les conditions aux limites (ex: réaction nulle si la charge est nulle).

💡 À retenir : La cohérence physique est ton premier contrôle.

C'est quoi la différence entre un torseur statique et un torseur cinématique ?

Le torseur statique représente les actions mécaniques (forces et moments) appliquées à un solide. Le torseur cinématique représente les vitesses (vitesse de rotation et vitesse de translation) d'un solide.

💡 À retenir : Statique = Forces/Moments ; Cinématique = Vitesses.

Kifach n3ref chhal mn majhoul 3ndi f l'exercice ?
  1. Regarde le nombre de degrés de liberté bloqués par chaque liaison.
  2. Chaque liaison apporte des inconnues (forces ou moments).
  3. Fais la somme des inconnues de toutes les liaisons du système.

💡 À retenir : Nombre d'inconnues = Somme des composantes bloquées par les liaisons.

Est-ce qu'on doit toujours utiliser le point A pour calculer le moment ?

Non, tu peux choisir n'importe quel point. Cependant, il est stratégique de choisir le point où passent le plus grand nombre de forces inconnues pour les annuler dans l'équation des moments.

💡 À retenir : Choisis le point qui simplifie tes calculs (souvent le centre d'une liaison pivot).

Chno hiya l'far9 bin l'liaison pivot o l'liaison encastrement ?

La pivot autorise une rotation autour d'un axe (donc pas de moment selon cet axe), alors que l'encastrement bloque tous les mouvements et toutes les rotations (donc 3 forces et 3 moments inconnus).

💡 À retenir : Pivot = 5 inconnues ; Encastrement = 6 inconnues.

Kifach n'3ref wach l'système isostatique awla la ?

Compare le nombre d'inconnues statiques ($n$) avec le nombre d'équations disponibles ($6$ dans l'espace, $3$ dans le plan). Si $n = 3$ (dans le plan), c'est isostatique.

💡 À retenir : Isostatique = autant d'équations que d'inconnues.

Est-ce que le poids est toujours appliqué au centre de gravité ?

Oui, pour un solide homogène, le vecteur poids $\vec{P}$ est appliqué au centre de gravité $G$ et dirigé vers le bas.

💡 À retenir : $\vec{P} = m \cdot \vec{g}$.

Wach momkin n'khdem b'l'PFS f système machi en équilibre ?

Non, le PFS est réservé aux systèmes au repos ou en mouvement rectiligne uniforme. Si le système accélère, on utilise le PFD (Principe Fondamental de la Dynamique).

💡 À retenir : PFS = Équilibre ($\vec{a} = 0$).

Comment projeter un vecteur sur un axe incliné ?

Utilise la trigonométrie : si l'angle est $\alpha$ avec l'axe $x$, la composante sur $x$ est $F \cdot \cos(\alpha)$ et sur $y$ est $F \cdot \sin(\alpha)$.

💡 À retenir : Projette toujours en respectant l'angle par rapport à l'axe.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une poutre horizontale $AB$ de longueur $L=2m$, de masse négligeable, est articulée en $A$ (pivot) et supportée par un câble en $B$ faisant un angle $\alpha = 30^\circ$ avec l'horizontale. Une charge $P = 500N$ est appliquée en $G$ (milieu de $AB$). Calculer les réactions en $A$ et la tension du câble en $B$.

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Exercice 2

Un levier coudé $ABC$ est en équilibre. $AB$ est vertical, $BC$ est horizontal. Force $F=100N$ appliquée en $C$ verticalement vers le bas. Pivot en $B$. Calculer le moment en $B$.

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Exercice 3

Système de freinage : un disque est bloqué par une force $F$ appliquée sur une plaquette. Modéliser le torseur de l'action de la plaquette sur le disque.

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