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Sciences de l'ingénieur · Écoles d'ingénieurs — ENSA — cycle préparatoire

Statique des solides (Torseurs statiques et principes)

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

Un système est en équilibre si la somme des torseurs des actions mécaniques extérieures est nulle : $$\sum {T_{ext \to S}} = {0}$$ Le torseur statique au point $A$ s'écrit : $${T} = \begin{Bmatrix} \vec{R} \ \vec{M}_A \end{Bmatrix}_A = \begin{Bmatrix} X & L \ Y & M \ Z & N \end{Bmatrix}_A$$ Le Principe Fondamental de la Statique (PFS) se traduit par 6 équations scalaires : $\sum X = 0, \sum Y = 0, \sum Z = 0$ (Somme des forces) $\sum L = 0, \sum M = 0, \sum N = 0$ (Somme des moments)

Méthodes à maîtriser

  1. Isolement du système : Définir clairement le solide ou l'ensemble de solides isolé.
  2. Bilan des actions mécaniques : Lister toutes les forces (poids, contacts, liaisons).
  3. Choix du point de réduction : Choisir un point où le maximum de moments s'annulent (souvent un centre de liaison).
  4. Transport de moment : Utiliser la relation $\vec{M}_A = \vec{M}_B + \vec{AB} \wedge \vec{R}$.

Exemples corrigés

Pour une liaison pivot d'axe $(A, \vec{z})$, le torseur est : $${T} = \begin{Bmatrix} X & 0 \ Y & 0 \ Z & N \end{Bmatrix}_A$$ Si on a une force $\vec{F} = 10\vec{x}$ appliquée en $B(1, 0, 0)$, le moment en $A(0,0,0)$ est $\vec{M}_A = \vec{AB} \wedge \vec{F} = (1\vec{x}) \wedge (10\vec{x}) = \vec{0}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le poids du solide (si non négligeable).
  • Se tromper dans le signe du moment (règle de la main droite).
  • Ne pas vérifier le point de réduction lors de la somme des torseurs.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Statique des solides (Torseurs statiques et principes)

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Quel est le nombre d'inconnues d'une liaison pivot glissant ?

❓ Questions fréquentes

Comment savoir si je dois isoler un solide ou tout le mécanisme ?
  1. Si tu cherches une action interne à une liaison, isole le solide qui contient cette liaison.
  2. Si tu cherches une action entre le bâti et le mécanisme, isole tout le mécanisme.

💡 À retenir : Isole toujours le sous-ensemble qui contient les inconnues recherchées et le moins de liaisons possibles.

Kifach n7seb l'moment dyal l'qowwa ila kan l'point b3ida?
  1. 7seb l'vecteur $\vec{AB}$ (fin katطبق l'qowwa na9s l'point fin baghi t7seb l'moment).
  2. Dir l'produit vectoriel $\vec{AB} \wedge \vec{F}$.
  3. St3mel l'déterminant bach tkhrej les composantes $L, M, N$.

💡 À retenir : $\vec{M}_A = \vec{AB} \wedge \vec{F}$.

Chno hiya l'far9 bin l'statique w l'cinétique?
  1. Statique : L'objet est au repos (vitesse et accélération nulles).
  2. Cinétique : L'objet est en mouvement, il faut ajouter les forces d'inertie (D'Alembert).

💡 À retenir : Statique = Équilibre ($\sum \vec{F} = 0$).

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

Oui, par définition, le poids est une force répartie modélisée par un vecteur appliqué au centre de gravité $G$ du solide.

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

Kifach n3ref wach l'système isostatique?
  1. 7seb l'3adad dyal les inconnues statiques (les composantes des torseurs).
  2. 7seb l'3adad dyal les équations (6 par solide).
  3. Ila kan l'3adad = l'3adad, c'est isostatique.

💡 À retenir : Isostatisme = Résoluble par le PFS seul.

Pourquoi on utilise souvent le point A pour le torseur ?

Parce que dans une liaison, le moment est souvent nul ou simplifié en ce point, ce qui annule des termes dans les équations.

💡 À retenir : Choisis le point qui simplifie le calcul.

Est-ce que le torseur d'une liaison encastrement est toujours le même ?

Oui, il possède 3 forces et 3 moments, car il bloque tous les degrés de liberté.

💡 À retenir : Encastrement = 6 inconnues.

Comment gérer les forces réparties ?

Il faut les remplacer par une force équivalente résultante appliquée au centre de la surface ou de la ligne de répartition.

💡 À retenir : Force équivalente = Intégrale de la pression.

Est-ce que le PFS s'applique aux systèmes en rotation uniforme ?

Oui, si la vitesse de rotation est constante, l'accélération est nulle, donc le PFS s'applique.

💡 À retenir : Équilibre dynamique = Statique.

Chno ndir ila tlef lia l'signe dyal l'moment?

Utilise la règle de la main droite : pouce vers l'axe, doigts dans le sens de la force, la paume donne le sens du moment.

💡 À retenir : Le sens trigonométrique est positif.

Peut-on négliger le poids dans tous les exercices ?

Non, seulement si l'énoncé le précise ou si les forces appliquées sont très grandes devant le poids.

💡 À retenir : Lis bien les hypothèses de l'énoncé.

Comment vérifier mes résultats à la fin ?

Vérifie si les unités sont cohérentes (N pour les forces, N.m pour les moments) et si les valeurs sont physiquement possibles.

💡 À retenir : L'analyse dimensionnelle est ton alliée.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit une poutre horizontale $AB$ de longueur $L=2m$, encastrée en $A$ et soumise à une force verticale $F=500N$ en $B$. Calculer les actions de liaison en $A$.

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Exercice 2

Un levier articulé en $O$ est soumis à une force $F$ en $A$ et un ressort en $B$. Modéliser le torseur de la liaison en $O$.

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Exercice 3

Calculer les réactions d'un pont simple sur deux appuis (A et B) soumis à une charge répartie $q$ sur toute la longueur $L$.

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