PLAN DE COURS


Dynamique


Pondération: 2-1-2

Trimestre et année: Automne 2001

Enseignant: Martin Aubé

E-mail: martin.aube@globetrotter.net

Département: Physique

Institution: Collège de Sherbrooke




Tiré de Trucs-en-vrac de Gotlib, Dargaud ed. 1977.


Présentation:


Le cours de dynamique est le dernier d'une série de quatre cours qui vous permettent de comprendre les principes de base de la physique nécessaires à la pratique des techniques du génie mécanique. Les cours de statique et de résistance des matériaux vous ont permis d'apprendre à déterminer les contraintes dans les corps soumis à des forces externes. En cinématique, vous avez étudié la description de différents types de mouvement utiles en génie mécanique. Dans le cours de dynamique, nous allons compléter cette séquence en étudiant les forces en présence dans les systèmes en mouvement. Les notions des trois cours précédents seront souvent réutilisées, en particulier celles de la cinématique et de la résistance des matériaux. L'étude de la dynamique vous apprendra à déterminer les forces qui agissent sur les pièces mobiles de diverses machines, cette connaissance étant nécessaire pour prédire leur mouvement (cinématique). L'intérêt de connaître les forces est aussi de pouvoir déterminer la grosseur et la forme des pièces à utiliser (résistance des matériaux, conception de machines, hydraulique et pneumatique, etc.).


Les bases mathématiques nécessaires à ce cours sont l'algèbre élémentaire, la géométrie dans le plan et dans l'espace, de même que la trigonométrie. On pourra occasionnellement faire appel à certaines notions des cours de calcul différentiel et intégral.


Sommaire:



Objectifs généraux:


Fournir à l'étudiant(e) une base de connaissance concernant les lois et les principes fondamentaux qui régissent la dynamique.


À la fin de ce cours, l'étudiant(e) devra être en mesure de résoudre des problèmes nouveaux reliés au contenu du cours. L'étudiant devra donc adopter une approche compréhensive des phénomènes étudiés (le travail de mémorisation sera minimisé).


L'étudiant(e) devra tirer profit de ses connaissances en algèbre linéaire pour la plupart des problèmes qu'il aura à résoudre.


L'étudiant(e) devra savoir utiliser les notions étudiées pour trouver des solutions à des problèmes concrets faisant intervenir la mécanique.




Objectifs spécifiques:



Méthodologie:


La matière sera présentée sous forme de cours magistraux au cours desquels il vous est recommandé de prendre des notes afin de mieux assimiler les notions introduites. Des petites démonstrations expérimentales seront régulièrement insérées durant les exposés théoriques afin de favoriser la compréhension et l'intérêt face à la matière. Le volume de référence permettra de donner une version différente de celle proposée par le professeur afin de favoriser une meilleure intégration des concepts. Au début de chaque chapitre, vous connaîtrez les sections équivalentes du volume. À chaque chapitre, vous disposerez d'une série de problèmes permettant l'intégration des connaissances transmises en classe. La majorité des problèmes seront tirés du volume de référence. Des périodes d'exercices se tiendront durant les heures de cours.


Un certain nombre de documents relatifs au cours seront éventuellement disponibles via le World Wide Web à partir de ma page personnelle (http://www.callisto.si.usherb.ca/~85675489/). Les documents seront en format HTML. Ils pourront donc être lus et imprimés à l'aide d'un navigateur WEB. Vous êtes fortement encouragés à apprivoiser ce moyen de communication qui sera sans doute un atout important pour l'exercice de votre future profession.


Contenu détaillé:


INTRODUCTION


- La méthode scientifique et la perception du réel

- Physique et mathématiques

- Le désir d'unification et de simplification des théories

- Résolution d'un problème

- Ordre de grandeur et unités (vérification d'un résultat)


Chapitre 1: Lois de Newton

(8 heures)


Objectif terminal


Savoir appliquer les lois de Newton à des problèmes simples de translation.




Objectifs intermédiaires



Contenu


1.0 Définitions (masse, poids, force)roo

1.1 Deuxième loi de Newton

1.2 Troisième loi de Newton

1.3 Équations du mouvement

1.4 Force de frottement

1.5 Force élastique

1.6 Force centripète


EXAMEN 1: 15 POINTS


Chapitre 2: Les principes de conservation

(8 heures)


Objectif terminal


Savoir se servir du principe de conservation de l'énergie pour simplifier certains problèmes de physique.


Objectifs intermédiaires



Contenu


2.0 La notion d'énergie

2.1 Le travail

2.2 Énergie cinétique

2.3 Énergie potentielle

2.4 Conservation de l'énergie

2.5 Systèmes de poulies et leviers, avantage mécanique

2.6 Puissance, rendement

2.7 La notion de quantité de mouvement

2.8 Conservation de la quantité de mouvement

2.9 Collisions

2.10 Centre de masse


EXAMEN 2: 20 POINTS


Chapitre 3: Mouvements périodiques et ondes

(4 heures)


Objectif terminal


Être capable de prédire le mouvement de quelques systèmes oscillants simples.


Objectifs intermédiaires



Contenu


3.0 Définitions (fréquence, période)

3.1 Mouvement harmonique simple

3.2 Système masse-ressort

3.3 Mouvement harmonique amorti

3.4 Ondes progressives

3.5 Ondes stationnaires et résonance


Chapitre 4: Dynamique de rotation

(3 heures)


Objectif terminal


Être en mesure de décrire le mouvement d'un corps rigide autour d'un axe à l'aide de l'accélération angulaire, du moment de force et du moment d'inertie.


Objectifs intermédiaires



Contenu


4.0 Définitions

4.1 Équivalence avec les lois de translation

4.2 Force centripète et moment d'inertie

4.3 Les principes de conservation

4.4 Mouvement de translation et rotation combinés


EXAMEN 3: 20 POINTS

EXAMEN FINAL ORAL: 15 POINTS


Laboratoires:


L'ensemble des périodes de laboratoire (totalisant 15 heures) seront consacrées à la réalisation d'un projet de session par équipe de trois étudiants. Le projet consistera en la fabrication d'un système mécanique initialement au repos capable de traverser une distance de 5 mètres le plus rapidement possible et une fois à destination, de lancer un projectile le plus loin possible dans la direction du point de départ. La seule source d'énergie permise sera l'énergie potentielle gravitationnelle d'une masse maximale de 1 kg élevée d'une hauteur maximale de 50 cm. Les étudiants auront ensuite à mesurer les performances du système (déterminer la force de frottement et le rendement).  À la fin de la session les équipes devront soumettre leur système au test ultime devant l'ensemble du groupe et présenter un court rapport résumant le fonctionnement de leur système, son rendement, et les principes physiques exploités à l'aide de plans, tableaux, et graphiques. Ce rapport sera destiné à une publication sur le WEB il sera donc remis sous forme de document html. Les étudiants devront voir à ce que la présentation soit soignée et bien synthétisée car il sera accessible aux internautes du monde entier. Des images pourront être insérées au rapport pour servir la clarté du travail.


Évaluation:


Examen 1 (5e semaine) 15 %

Examen 2 (10e semaine) 20 %

Examen 3 (15e semaine) 20 %

Examen oral (16e semaine) 15%


Total 70%


Le laboratoire-projet sera évalué en fonction des critères suivant:


Performance 10%

Originalité 5%

Participation 5%

Rapport 10%


Total 30%



Vous aurez à auto-évaluer votre participation au laboratoire afin de favoriser un partage équitable du travail au sein de l'équipe. Chacun des membre de l'équipe aura à établir le pourcentage de travail que ses coéquipiers et lui même ont respectivement investis dans le laboratoire. Ces pourcentages devront être remis par écrit au professeur simultanément à la remise du rapport.


Les trois examens écrits d'une durée de 2 heures chacun feront appel à votre compréhension des phénomène physique concernés. Ils seront composés de problèmes originaux (différents de ceux fait en exercices) et appliqués à la vie de tous les jours. Généralement, ils seront relativement faciles d'un point de vue mathématique. Toutefois, ceux et celles qui n'auront pas fait suffisamment d'exercices et d'étude auront sans doute de la difficulté à identifier le phénomène physique impliqué dans le problème. Vous aurez droit à une feuille recto manuscrite aide mémoire. La correction portera principalement sur la démarche et non sur le calcul numérique.


L'examen oral, sera composé de 20 questions de compréhension. Vous disposez d'environ deux semaines pour faire le tour de ces 20 questions. Vous aurez alors à vous présenter par équipe de trois pour répondre à trois des ces questions sélectionnées au hasard. Aucune documentation ne sera permise lors de l'évaluation. Chaque membre de l'équipe devra répondre à une question. À la fin, si le temps le permet, les autres membres de l'équipe pourront compléter la ou les réponses de ses partenaires. La durée maximale de l'examen oral est de 15 minutes par équipe. L'évaluation portera sur la compréhension du sujet et la note sera attribuée à l'équipe.


À chaque chapitre vous disposerez d'une série d'exercices. À l'occasion, je vous ferai passer sans préavis un petit test au cours duquel vous aurez à répondre à une des questions que vous aurez fait en exercice (aucune notes permises). La durée du petit test sera déterminée de façon à ce que ceux qui auront fait les exercices soient favorisés. Les résultats de ces tests seront considérés comme points bonis lors du calcul de la note finale (2 % par test).


Absences:


Un(e) étudiant(e) qui sans raisons valables est absent(e) à un examen ou un petit test se verra attribuer la note zéro. Si son absence est justifiée, il(elle) devra prendre contact avec le professeur au plus tard deux jours après l'évaluation pour convenir des modalités de reprise.


Français écrit:


Lors de la correction du rapport de laboratoire, un maximum de 20 % de la note pourra être perdue en raison de la mauvaise qualité de la langue.


Disponibilité:


Vous pourrez me rencontrer à mon bureau situé au département de physique. Je serai aussi facile à rejoindre par e-mail à l'adresse figurant sur la page couverture.


Volume obligatoire:


Cromer, Alan, Mécanique dans les domaines scientifiques et industriels, McGRAW-HILL, 1983.