M10S4_RE

Site: Moodle CSSRDN
Cours: Science 4e secondaire (ST / STE) - 2023-2024
Livre: M10S4_RE
Imprimé par: Visiteur anonyme
Date: jeudi 17 juillet 2025, 18:35

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Tu dois parcourir l'ensemble des chapitres de ce cahier de  ressources pour bien te préparer au test de validation de cette station.

1. Introduction

Un monde en mouvement

On a vu que des pièces pouvaient être guidées selon un mouvement de translation ou de rotation. Lorsque plus d'un organe est concerné, on parle alors d'un système. Ainsi, dans un système, le mouvement de l'organe moteur engendre un mouvement de l'organe mené. Dans certains cas, on utilisera un organe intermédiaire. Celui-ci est placé entre l'organe moteur et l'organe mené et peut servir soit à changer le sens de rotation d'une roue de friction ou d'une roue dentée, soit pour améliorer le rendement d'un système. 


Description

Lorsque le mouvement de l'organe moteur est le même que celui de l'organe mené (par exemple, la rotation d'une roue entraîne la rotation d'une autre), on dit qu'il y a transmission du mouvement. Lorsque les mouvements sont de nature différente (la rotation d'une pièce engendre la translation d'une autre, on dit qu'il y a transformation du mouvement

Dans cette station, tu étudieras les différents types de systèmes de transformation et de transmission du mouvement. 

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2. Systèmes de transmission de mouvement

Comme on l'a dit, les systèmes de transmission du mouvement permettent à un organe, appelé l'organe moteur, de communiquer à un second organe, l'organe mené, un mouvement de même nature. Dans le cadre de ce cours, nous verrons cinq types de systèmes de transmission de mouvement. Dépendamment des besoins, nous utiliserons l'on ou l'autre de ces systèmes. 

2.1 Les systèmes de roues de friction

Ici, l'organe moteur est une roue qui entraîne l'organe mené en utilisant les forces de frottement qui s'exercent entre les deux roues. Si l'ajustement doit être précis, les roues de friction ont l'avantage de pouvoir glisser pour éviter un bris de matériel. Ainsi, si le système n'est pas en mesure de fournir la force qui est demandée (si une pièce bloque le système par exemple), les roues glisseront l'une contre l'autre, entraînant une usure prématurée, soit, mais évitant un bris. Comme les roues de friction ne tournent pas dans le même sens, on utilise parfois un organe intermédiaire, soit une roue dont le rôle n'est que d'inverser le sens de la rotation de l'organe mené. 

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Avantages InconvénientsParticularités
- Le système est réversible, c'est-à-dire que l'organe mené peut devenir un organe moteur. 
- Le système permet de «glisser» si la force est trop grande ce qui évite des bris. 
- Le système est silencieux.
- Les pièces ne coûtent pas très cher à concevoir. 
- Le système doit être parfaitement ajusté pour que la friction soit suffisante pour faire tourner l'organe mené. 
- L'usure des roues peut désajuster le système et «glisser» trop facilement. 
- La présence de saleté ou de lubrifiant peut nuire à la transmission des mouvements. 
- La rotation des roues est inversée d'une roue à l'autre. 
- Le système est réversible

On peut aussi changer l'axe de rotation de l'organe mené. On le voit dans certains systèmes tel qu'illustré dans l'image ci-dessous. 

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2.2 Les systèmes à courroie et à poulies

Dans ce système, l'organe moteur est une roue qui entraîne une courroie élastique qui entraîne à son tour l'organe mené. C'est le système qui est utilisé dans les perceuses à colonne, entre autres. Encore une fois, ce système a l'avantage de pouvoir glisser. Ainsi, si la mèche de la perceuse à colonne se coince, la courroie va simplement glisser sur la roue. Dans ce cas-ci, les roues tournent dans le même sens. Un organe intermédiaire est donc moins utile. 

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Avantages InconvénientsParticularités
- Le système est réversible, c'est-à-dire que l'organe mené peut devenir un organe moteur. 
- Le système permet de «glisser» si la force est trop grande ce qui évite des bris. 
- Le système est plus facilement ajustable que les roues de friction. 
- Système silencieux qui ne nécessite pas l'usage de lubrifiant. 
- Les axes de rotations n'ont pas à être parfaitement parallèles.
- Si la courroie est trop petite, les roues auront de la difficulté à tourner à cause de la friction. Si elle est trop grande, l'organe mené ne tournera pas (courroie trop lousse). 
- L'usure de la courroie peut désajuster le système et «glisser» trop facilement ou se fendre. Il faut donc la remplacer périodiquement.
- Le système transmet plus difficilement les mouvements en présence de lubrifiants. 
- La rotation des poulies se fait dans le même sens (si on ne croise pas la courroie). 
- Le système est réversible

2.3 Les systèmes à roues dentées

Dans ce système, l'organe moteur est une roue dentée dont les dents entraînent l'organe mené. Si ce système est plus fort que les roues de friction, il ne permet pas de glisser et, si le système demeure coincé, entraîne un bris de l'appareil. Comme pour les roues de friction, la transmission du mouvement se fait en sens inverse. On utilise parfois un organe intermédiaire pour s'assurer que l'organe moteur et l'organe mené tournent dans le même sens. 

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Avantages InconvénientsParticularités
- Le système est réversible, c'est-à-dire que l'organe mené peut devenir un organe moteur. 
- Le système est plus facilement ajustable que les roues de friction. 
- La vitesse de rotation peut être très élevée et la transmission des mouvements de rotation est continue. 
- Le système ne glisse pas. Si la force est trop grande, il brise. 
- Système bruyant qui nécessite l'utilisation de lubrifiant. 
- Coût de fabrication élevé. 
 - La présence d'impuretés peut mener à un bris du système. 
- La rotation des roues est inversée d'une roue à l'autre. 
- Le système est réversible.

Pour permettre une rotation dans le même sens, on peut ajouter un organe intermédiaire. 
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Comme pour les roues de friction, on peut aussi changer l'axe de rotation des roues dentées.
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2.4 Les systèmes à chaîne et à roues dentées

Dans ce système, l'organe moteur est une roue dentée qui entraîne une chaîne qui entraine à son tour l'organe mené. C'est le système que tu utilises lorsque tu fais du vélo. 

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Avantages InconvénientsParticularités
- Le système est réversible, c'est-à-dire que l'organe mené peut devenir un organe moteur. 
- Le système est plus facilement ajustable que les roues dentées. 
- Le système tolère de grandes forces grâces à ses dents qui évitent le glissement. 
- Le système ne glisse pas. Si la force est trop grande, il brise. 
- Ce système est bruyant et doit être lubrifié pour éviter de perdre trop d'énergie par frottement. 
- Ce système est plus couteux à concevoir. 
- La chaîne doit être ajustée périodiquement pour ne pas dérailler. 
- Le système ne tolère pas une grande vitesse de rotation. 
- Les axes de rotations des roues doivent être parallèles. 
- La rotation des roues se fait dans le même sens. 
- Le système est réversible

2.5 Les systèmes à roue dentée et vis sans fin

Dans ce système, la rotation d'une vis entraîne la rotation de la roue dentée, mais selon un axe différent. L'avantage mécanique de ce système lui procure un atout indéniable. Ainsi, la force générée par le moteur est beaucoup plus petite que celle que procure la roue dentée. Par contre, la vis doit faire plus de tours que la roue dentée. 

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Avantages InconvénientsParticularités
- Le système permet un ralentissement de l'organe mené (plus de tours pour moins de force). - Le système ne glisse pas. Si la force est trop grande, il brise. 
- Le système est irréversible (la rotation de la roue dentée pour faire tourner la vis est impossible). 
- La rotation de la roue et de la vis ne sont pas dans le même axe. 

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3. Changement de vitesse

3.1 Comme en vélo !

Lorsqu'on fait des longues randonnées de vélo, il faut savoir gérer son énergie si on veut éviter que le retour soit difficile, voire douloureux. Voilà pourquoi les vélos sont équipés d'un système à chaîne et roues dentées pour nous permettre d'appliquer moins d'effort dans les pentes ascendantes, et d'avoir à faire moins de tours de pédaliers lorsqu'on roule sur une surface horizontale. 


Le mécanisme qui permet au vélo de changer de vitesse repose essentiellement sur le nombre de dents des roues dentées qui sont en contact avec la chaine. En fait, il faut comprendre que chaque dent de la roue dentée emboîte un maillon de la chaîne. Pour un même nombre de maillons, une roue dentée comportant moins de dents fera plus de tours par minute. Ainsi, moins une roue a de dents, plus sa vitesse de rotation est grande. 

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Formule de changement de vitesse

n1v= n2v2

n : Nombre de dents de la roue dentée

v : Vitesse de rotation de la roue dentée en rotations par minute (RPM)


On peut donc multiplier le nombre de tours de la roue du vélo en ajustant la vitesse, mais le fait de diminuer le nombre de tours du pédalier vient avec un coût si on veut déployer globalement la même énergie. En effet, si le nombre de tours de pédalier diminue, la force à appliquer sera plus grande. Inversement, dans une pente ascendante, on préférera faire plus de tours, mais appliquer moins de force. 

Nombre de dents de la roue dentée du pédalier Nombre de dents de la roue dentée de la roue Vitesse de rotation du pédalier (RPM) Effort à appliquer
GrandPetit---+++
GrandMoyen--++
MoyenMoyenMoyenMoyen
PetitMoyen++--
PetitGrand+++---


C'est donc la différence entre le nombre de dents de l'organe moteur et celui de l'organe mené qui permet d'ajuster la vitesse du vélo. Si l'engrenage du pédalier a un grand nombre de dents et celui de la roue est très petit, la force à appliquer est grande puisque la roue fait beaucoup plus de tours que le pédalier. La vitesse du vélo est grande. Au contraire, si l'engrenage du pédalier a un petit nombre de dents et celui de la roue est très grand, la force à appliquer est petite puisque c'est le pédalier qui fait beaucoup de tours. La vitesse du vélo est petite et on a l'impression de pédaler dans le vide. 

Il est important de noter que ce principe s'applique aussi au système de roues dentées. 

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Les utilisateurs invités n’ont pas la permission d’interagir avec des questions intégrées.

3.2 Percer de l'acier

Lorsqu'on ajuste une perceuse à colonne, on doit cette fois placer des courroies de caoutchouc et non des chaînes. Le principe est pourtant semblable. Lorsqu'on perce de l'acier, on doit appliquer une grande force. Lorsque, au contraire, on perce du bois, une grande force arracherait le bois et ne ferait pas un très beau boulot. 


Ce type de changement de vitesse dépend cette fois de la circonférence de la roue.  

En effet, la longueur de courroie qui aura touché la roue sera égale pour l'organe moteur et pour l'organe mené. Si la roue est plus petite, elle doit donc faire plus de tours. Ainsi, plus une roue est petite, plus sa vitesse de rotation est grande et plus la force à appliquer est petite. Comme la circonférence de la roue est directement proportionnelle à son rayon, il est plus simple d'utiliser cette mesure pour calculer le rapport de vitesse. 

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Formule de changement de vitesse

r1v= r2v2

r : rayon de la poulie

v : Vitesse de rotation de la roue dentée en rotations par minute (RPM)


C'est donc la différence entre le rayon de l'organe moteur et celui de l'organe mené qui permet d'ajuster la vitesse de rotation de la mèche de la perceuse à colonne. Si l'organe moteur a un grand rayon et celui de l'organe mené est très petit, la vitesse de rotation du mandrin est grande. Au contraire, si l'organe moteur a un petit rayon et celui de l'organe mené est très grand, la vitesse de rotation du mandrin est plus petite. 

Ce principe s'applique aussi pour les roues de friction. 

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3.3 Rapport de vitesse

Un rapport de vitesse, c'est la vitesse de rotation de la roue menée divisée par la vitesse de rotation de la roue menante. Ainsi, si l'organe mené effectue 3 rotations par minute et que l'organe moteur effectue 2 rotations par minute, le rapport de vitesse est de 3/2. Il peut aussi être exprimé en divisant le diamètre de l'organe moteur par le diamètre de l'organe mené pour un système utilisant des roues ou en divisant le nombre de dents de l'organe moteur par le nombre de dents de l'organe mené pour un système utilisant des roues dentées. 

Formule de rapport de vitesse

Système de roues de friction ou de courroie et poulies

Rapport de vitesse =  v2 / v1 = r/ r2 = d1 / d2 = c1 / c2

v : Vitesse de rotation

r : rayon de la roue ou de la poulie

d : diamètre de la roue ou de la poulie

c : circonférence de la roue ou de la poulie


Système de roues dentées ou de chaîne et roues dentés

Rapport de vitesse =  v2 / v= n/ n2

v : Vitesse de rotation

n : Nombre de dents de la roue dentée

3.4 Exercices

Réponds aux questions suivantes portant sur le schéma ci-dessous. 

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4. Systèmes de transformation du mouvement

Dans un système de transformation de mouvement, l'organe moteur engendre un mouvement de l'organe mené de nature différente au sien. Ainsi, la rotation de l'un entraîne la translation de l'autre ou vice-versa. Dans le cadre de ce cours, nous verrons 5 types de systèmes de transformation de mouvement. 

4.1 Système à vis et à écrou de type I

Dans ce type de système, la rotation de la vis se transforme en mouvement de translation de l'écrou. On retrouve notamment ce type de système dans plusieurs types d'applicateurs en tube, comme les bâtons de colle ou les tubes de désodorisant. 

Description
Description
Organe moteur Organe mené RéversibilitéParticularités
Vis
(rotation)
Écrou
(translation)
Non- Le pas de la vis doit correspondre au filet de l'écrou. 

Avantages Inconvénients
- Le système peut appliquer une force importante,
tout en permettant des ajustements fins.
- Le système génère beaucoup de frottement. 
- Plus le système est précis, plus il est lent (dépendamment du pas de la vis). 

4.2 Système à vis et à écrou de type II

Dans ce type de système, c'est la rotation de l'écrou qui se transforme en mouvement de translation de la vis. 

Description
Description
Organe moteur Organe mené RéversibilitéParticularités
Écrou
(rotation)
Vis
(translation)
Non- Le pas de la vis doit correspondre au filet de l'écrou. 

Avantages Inconvénients
- Le système peut appliquer une force importante,
tout en permettant des ajustements fins.
- Le système génère beaucoup de frottement. 
- Plus le système est précis, plus il est lent (dépendamment du pas de la vis). 

4.3 Système à pignon et à crémaillère

Dans ce type de système, la rotation d'une roue dentée (pignon) entraîne un mouvement de translation de la crémaillère. Comme le système est réversible, on pourrait aussi dire que la translation de la crémaillère entraîne la rotation du pignon. C'est ce type de système qu'on utilise pour concevoir le système de direction d'une automobile. Ainsi, la rotation du volant entraîne la rotation d'un pignon et la translation de la crémaillère change l'axe de rotation des roues. On utilise aussi ce type de système pour ajuster certains microscopes et télescopes. 

Description
Description
Organe moteur Organe mené RéversibilitéParticularités
Pignon (rotation)
Crémaillère (translation)
Crémaillère (translation)
Pignon (rotation)
Oui- Le système doit être lubrifié régulièrement. 
- Le pignon est la roue dentée. 
- La vitesse de rotation du pignon dépend du nombre de dents qu'il possède.
 (plus de dents = vitesse inférieure) 

Avantages Inconvénients
- Les dents du pignon et de la crémaillère empêchent les glissements
et permettent l'application d'une grande force. 
- Le système génère beaucoup de frottement et doit être lubrifié. 
- Le frottement accélère l'usure des pièces. 
- Le système nécessite un ajustement précis. 
- Le mouvement ne peut se continuer à l'infini puisque la crémaillère a une longueur définie.

4.4 Système à bielle et à manivelle

Utilisé dans les moteurs à combustion, ce type de système transforme le mouvement de rotation de la manivelle en translation du piston entraîné par une pièce appelée bielle. Comme le système est réversible, le contraire est aussi vrai. Évidement, le piston doit être guidé par un cylindre pour que ce système soit efficace. 

Description
Description
Organe moteur Organe mené RéversibilitéParticularités
Manivelle
(rotation)

Piston
(translation)
Piston
(translation)

Manivelle
(rotation)
Oui- Le système doit être lubrifié régulièrement. 
- La bielle est la section fixée à la fois à la manivelle et à la pièce en mouvement (piston). 
- La pièce en mouvement (piston) doit être guidée et l'organe de guidage ne doit pas nuire au mouvement de la bielle. 

Avantages Inconvénients
- Le système peut fonctionner à une grande vitesse. On n'a qu'à
penser au nombre de RPM dans le moteur d'une voiture. 
- Le système génère beaucoup de frottement et doit être lubrifié. 
- Le frottement accélère l'usure des pièces. 

4.5 Système à came et galet ou excentrique (STE)

Dans ce type de système, la rotation d'une came ou d'une roue excentrique entraîne un mouvement de translation (va-et-vient) d'une pièce, soit le galet (aussi appelée tige-poussoir). Un excentrique, c'est une roue dont l'axe de rotation n'est pas au centre de la roue. Une came peut prendre diverses formes, dépendamment des besoins. Si elle a souvent la forme d'un œuf, elle peut prendre des formes des plus originales. 

Description
Description
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Source
Organe moteur Organe mené RéversibilitéParticularités
Came
(rotation)
Galet (translation)Non- Le système doit être lubrifié régulièrement. 
- Le galet doit être guidé en translation. Il a généralement un ressort pour l'appuyer sur la came. 
- La came peut avoir plusieurs formes, dépendamment du besoin. 

Avantages Inconvénients
- La forme de la came peut générer plusieurs types de mouvement. 
- Le système génère un mouvement constant et continu. 
- L'ajustement du guidage du galet est essentiel et parfois difficile. 
- Le frottement possible entre les pièces peut créer des vibrations à grande vitesse. 

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5. Synthèse

Astuce!

Tu veux réussir mieux ! Prends le temps de consigner dans le cahier de notes l'ensemble de tes apprentissages. Tu auras ainsi un cahier non seulement ordonné, mais aussi imprimable. De plus, le fait de résumer, d'expliquer, de synthétiser la matière te permet de mieux l'assimiler. Ton temps d'étude en sera sans aucun doute réduit!

Important : Lorsque tu prends des notes dans ton cahier, tu dois toujours cliquer sur "enregistrer" pour les conserver. Une fois tes notes compilées, n'oublie pas de cocher la boite à côté de cette ressource afin d'avoir accès au test de validation de la station.

Voici ce que je retiens de la station 4