Seconde Professionnelle • Physique-Chimie

Équilibre Solide & Moment

Entraînement Individuel & Autonome

Fiche de Travaux Dirigés (TD)

8 Exercices d'application gradués avec corrigés rédigés pas à pas.

8 Exercices de difficulté progressive

1 Exercice 1 : Moment de Serrage d'une Clé à Molette

★☆☆ (Application directe)

Un tuyauteur exerce une force $F = 180\text{ N}$ à l'extrémité d'une clé à molette de longueur $L = 25\text{ cm}$.

1.1. Convertir la longueur $L$ en mètres (m).
1.2. Calculer le moment $M$ exercé sur l'écrou en $\text{N}\cdot\text{m}$.

2 Exercice 2 : Recherche de la Force de Serrage Nécessaire

★☆☆ (Calcul de F)

La fiche technique d'étriers de frein exige un moment de serrage $M = 90\text{ N}\cdot\text{m}$. Le technicien possède une clé dynamométrique de bras de levier $d = 0{,}30\text{ m}$.

Calculer l'intensité de la force $F$ que doit exercer l'opérateur.

3 Exercice 3 : Équilibre d'un Levier Perforé à 2 Masses

★★☆ (Théorème des moments)

Sur une réglette perforée horizontale articulée autour de son centre $O$, on suspend à gauche une masse $m_1 = 200\text{ g}$ ($P_1 = 2\text{ N}$) à une distance $d_1 = 15\text{ cm} = 0{,}15\text{ m}$. À droite, on dispose d'une masse $m_2 = 300\text{ g}$ ($P_2 = 3\text{ N}$).

À quelle distance $d_2$ de l'axe faut-il accrocher la seconde masse pour obtenir l'équilibre parfait ?

4 Exercice 4 : Dimensionnement de Contrepoids de Grue

★★☆ (Chantier BTP)

Une grue de chantier soulève une charge de poids $P = 15\,000\text{ N}$ située à $d_1 = 16\text{ m}$ du mât. Les blocs de contrepoids sont placés sur la contre-flèche à une distance $d_2 = 8\text{ m}$.

4.1. Calculer la force minimale $F_{contrepoids}$ exercée par les contrepoids pour assurer l'équilibre.
4.2. Déduire la masse correspondant à ces contrepoids ($g \approx 10\text{ N/kg}$).

5 Exercice 5 : Moment sur Pédale de Frein d'un Poids-Lourd

★★☆ (Pédale coudée)

Un chauffeur routier presse la pédale de frein avec une force $F = 250\text{ N}$. Le bras de levier entre la pédale et son axe d'articulation est $d = 0{,}20\text{ m}$.

Calculer le moment $M$ transmis au maître-cylindre de freinage.

6 Exercice 6 : Démontage d'une Roue avec Tube Rallonge

★★★ (Sujet atelier)

Un boulon de roue de tracteur fortement rouillé exige un moment de desserrage $M = 400\text{ N}\cdot\text{m}$. La force maximale développable par l'opérateur est $F_{max} = 500\text{ N}$.

6.1. Déterminer la longueur minimale $d_{min}$ de la clé (ou du tube rallonge) nécessaire.
6.2. Exprimer cette longueur en centimètres (cm).

7 Exercice 7 : Équilibre d'une Poutre sur 2 Appuis Symétriques

★★★ (Statique 2 forces)

Une poutre en acier de poids $P = 600\text{ N}$ appliquée en son milieu repose horizontalement sur 2 appuis symétriques $A$ et $B$.

En appliquant les conditions d'équilibre de translation ($\vec{R}_A + \vec{R}_B + \vec{P} = \vec{0}$), calculer la valeur des réactions d'appui $R_A$ et $R_B$.

8 Exercice 8 : Nacelle Élevatrice à Bras Articulé

★★★ (Nacelle articulée)

Une nacelle élévatrice de chantier porte deux électriciens et leurs outillages représentant un poids total $P = 2400\text{ N}$ situé à une portée horizontale $d = 5\text{ m}$ du pivot du bras.

8.1. Calculer le moment créé par la nacelle par rapport au pivot.
8.2. Quel doit être le moment résistant développé par le vérin hydraulique de sécurité pour empêcher le basculement ?