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Sciences de l'Ingénieur · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Statique : Équilibre 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

Un solide est en équilibre dans un référentiel galiléen si la somme des torseurs des actions mécaniques extérieures est nulle : $$\sum { \tau_{ext \to S} } = { 0 }$$ Cela se traduit par deux équations vectorielles :

  1. $\sum \vec{F}_{ext} = \vec{0}$ (Somme des forces = vecteur nul)
  2. $\sum \vec{M}{A}(\vec{F}{ext}) = \vec{0}$ (Somme des moments en un point A = vecteur nul)

Méthodes à maîtriser

  • Isoler le solide : Définir précisément le système étudié.
  • Bilan des forces : Lister les forces à distance (poids) et de contact (liaisons).
  • Choix du point de calcul : Choisir un point A où le maximum de moments s'annulent (souvent le centre d'une liaison pivot).
  • Projection : Projeter les équations sur les axes du repère choisi $(x, y, z)$.

Exemples corrigés

Soit une barre AB de poids négligeable, articulée en A et soutenue par un câble en B.

  • Bilan : $\vec{R}_A$ (pivot), $\vec{T}$ (câble), $\vec{P}$ (poids).
  • Équilibre : $\sum \vec{F} = \vec{0} \implies \vec{R}_A + \vec{T} + \vec{P} = \vec{0}$.
  • Moment en A : $\vec{M}_A(\vec{R}_A) + \vec{M}_A(\vec{T}) + \vec{M}_A(\vec{P}) = \vec{0}$. Comme $\vec{R}_A$ passe par A, son moment est nul.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le poids du solide si celui-ci n'est pas négligeable.
  • Se tromper dans le signe du moment (règle de la main droite).
  • Ne pas projeter correctement les forces sur les axes.
  • Confondre le torseur d'une liaison avec ses composantes.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Statique : Équilibre des solides

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La somme des moments des forces extérieures est nulle si :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi un torseur nul ?

C'est un torseur dont la résultante $\vec{R}$ est nulle et le moment $\vec{M}$ est nul en tout point.

💡 À retenir : ${ 0 } = \begin{Bmatrix} \vec{0} \ \vec{0} \end{Bmatrix}$.

C'est quoi la différence entre une force et un moment ?
  1. La force est un vecteur qui tend à déplacer le solide (translation).
  2. Le moment est un vecteur qui tend à faire tourner le solide autour d'un point ou d'un axe.

💡 À retenir : Une force sans bras de levier ne crée pas de moment.

Kifach n3ref wach l'objet f équilibre wla la ?
  1. Vérifie si le solide est immobile par rapport au bâti.
  2. Si la somme des forces et la somme des moments sont nulles, alors il est en équilibre statique.

💡 À retenir : Équilibre = accélération nulle et vitesse nulle.

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

Oui, le vecteur poids $\vec{P}$ est toujours appliqué au centre de gravité (G) du solide et dirigé vers le bas.

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

Chno hiya l'utilité dyal torseur f statique ?

Le torseur permet de regrouper en une seule écriture mathématique la force et le moment d'une action mécanique, ce qui facilite les calculs de somme.

💡 À retenir : ${ \tau } = \begin{Bmatrix} \vec{F} \ \vec{M}_A \end{Bmatrix}$.

Comment choisir le point pour calculer le moment ?

Il faut choisir le point où passent le plus grand nombre de forces inconnues. Cela permet d'annuler leurs moments et de simplifier l'équation.

💡 À retenir : Choisis le point d'intersection des droites d'action des forces inconnues.

Wach momkin nkhdmo b'équilibre ila kan l'objet kayt7rek ?

Non, si l'objet est en mouvement (accélération), on utilise le Principe Fondamental de la Dynamique (PFD) et non la statique.

💡 À retenir : Statique = Vitesse nulle.

Pourquoi on néglige parfois le poids ?

On le néglige quand les autres forces appliquées au système sont beaucoup plus grandes que le poids, pour simplifier les calculs sans perdre en précision.

💡 À retenir : C'est une hypothèse de modélisation courante.

Comment projeter un vecteur sur un axe incliné ?

Il faut utiliser la trigonométrie (cosinus pour l'angle adjacent, sinus pour l'angle opposé) en respectant le sens de l'axe.

💡 À retenir : Projeter = multiplier par le cosinus de l'angle entre le vecteur et l'axe.

Est-ce que le moment dépend du point de calcul ?

Oui, le moment d'une force change si on change le point de réduction. La formule de transport est : $\vec{M}_B = \vec{M}_A + \vec{BA} \wedge \vec{F}$.

💡 À retenir : Le moment n'est pas un invariant.

Est-ce qu'on doit toujours utiliser le PFS ?

Oui, pour tout problème de statique où l'on cherche des actions mécaniques inconnues, le PFS est l'outil fondamental.

💡 À retenir : PFS = Outil de résolution des inconnues.

Wach l'ordre dyal les étapes f l'exercice important ?

Oui, commence toujours par l'isolement, puis le bilan des forces, puis l'application du PFS. C'est la méthode garantissant la réussite.

💡 À retenir : La rigueur est la clé de la note maximale.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une poutre AB de longueur $L=2m$ et de masse négligeable est articulée en A et maintenue horizontale par un câble en B faisant un angle $\alpha = 30^\circ$ avec la poutre. Une charge $F = 100N$ est appliquée en son milieu. Déterminer les actions en A et la tension du câble.

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