CÉGEP DE SHERBROOKE |
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE |
SESSION AUTOMNE 2008 |
PLAN DE COURS |
PHYSIQUE MÉCANIQUE 203-165-SH |
(3-2-3) |
Tiré de Trucs-en-vrac de Gotlib, Dargaud ed. 1977. |
Programme : Technologie de maintenance industrielle |
Professeur :
Martin Aubé, bureau 2-57-170
Courriel : martin.aube@cegepsherbrooke.qc.ca
Téléphone : 819-563-6450 poste 6232 |
| www.cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/ |
Notes préliminaires
La physique cherche à décrire les objets matériels et à modéliser, sous forme de lois, leur comportement dans des circonstances données. Il devient alors possible de prévoir les réactions de la matière, et même d’en tirer parti pour des usages techniques.
Dans le cadre des techniques physiques, c’est l’étude du mouvement et de l’équilibre des corps solides à l’aide de la mécanique qui est prédominante. La physique est donc une discipline contributive du programme de technologies de la maintenance industrielle.
Le programme comporte deux cours de physique visant à atteindre complètement la compétence « Résoudre des problèmes de physique appliqués à la maintenance industrielle ». Le premier cours s’intitule Physique mécanique (203-165-SH) et s’intéresse à l’étude de la cinématique et de la dynamique des corps, c’est-à-dire au mouvement et aux forces. Il est préalable au deuxième cours de physique, Statique et résistance des matériaux (203-364-SH), qui sera donné à la troisième session. Ce cours poursuit avec l’étude mécanique des corps en équilibre, du point de vue des forces extérieures et des contraintes et déformations internes.
Le cours de Physique mécanique amènera aussi l’étudiant à utiliser un tableur afin de faire des calculs et présenter des graphiques.
Nous croyons que l’étude de la physique mécanique est susceptible d’amener l’étudiante ou l’étudiant à développer une familiarité avec les notions fondamentales de physique qui aiguisera son sens critique et contribuera à élargir son champ de connaissances.
Texte ministériel
Le Ministère de l’éducation prescrit certaines assises à l’élaboration du programme et des cours de Technologies de maintenance industrielle. Le tableau suivant présente les bases associées au cours Physique Mécanique. Il est à noter que les quelques éléments du contenu précédés d’un tiret sont des ajouts ou précisions locales propres au Cégep de Sherbrooke.
Compétences du cours
Physique Mécanique TMI
(O23T) Résoudre des problèmes de physique appliqués à la maintenance industrielle.
| Éléments de compétence
| Critères de performances
| Contenu et activités d’apprentissage
|
| Analyser les forces exercées sur une membrure ou sur un objet.
| -Schématisation appropriée des situations physiques.
-Utilisation juste des unités de mesure.
-Détermination juste de la distribution des forces sur une membrure ou sur un objet.
-Calcul précis de la résultante de plusieurs forces agissant sur une membrure ou sur un objet.
-Respect des étapes du processus de résolution de problèmes.
| -Unités de mesures, changement d’unités, cohérence des unités
-Addition vectorielle, décomposition vectorielle
-Processus de résolution de problèmes
(5 heures)
|
| Résoudre des problèmes de cinématique et de translation d’un corps.
| -Définition claire du problème à résoudre.
-Interprétation juste des unités en cause.
-Calcul précis et présentation graphique appropriée des caractéristiques de la cinématique et de la translation d’un corps.
-Représentation claire des vecteurs de force.
-Résolution juste de la résultante des vecteurs de force.
-Interprétation juste et présentation claire des résultats des calculs.
| -Position, vitesse et accélération
-Mouvements uniformément accélérés en 1 et 2 dimensions
-Mouvement circulaire
-Accélération centripète
-Position, vitesse et accélération angulaire
-Mouvements de rotation uniformément accélérés
-Mouvements dépendants
-Mouvements combinés de rotation et de translation (axes mobiles)
-Méthodes de résolution graphique et analytique
(25 heures)
|
| Résoudre des problèmes de dynamique d’un corps en mouvement.
| -Définition claire du problème à résoudre.
-Interprétation juste des unités en cause.
-Calcul précis et représentation graphique appropriée des caractéristiques de la dynamique d’un corps en mouvement.
-Représentation claire des vecteurs de force.
-Résolution juste de la résultante des vecteurs de force.
-Interprétation juste et présentation claire des résultats des calculs.
| -Force, inertie et lois de Newton
-Diagramme des forces
-Frottement statique et cinétique
-Moment de force
-Moment d’inertie
(20 heures)
|
(O23Q) Analyser des mécanismes industriels
| Éléments de compétence
| Critères de performances
| Contenu et activités d’apprentissage
|
| Calculer les dimensions des composants des mécanismes de transmission d’énergie.
| -Détermination juste des vitesses de rotation des arbres.
-Calcul précis :
du rapport de vitesse entre les arbres;
de la répartition de la charge à transmettre sur chacun des composants des mécanismes de transmission d’énergie.
-Sélection, dans un catalogue, des composants en fonction de la charge à transmettre.
-Sélection appropriée des roulements en fonction :
de la caractérisation et de la classification des différents types de roulements;
de la charge radiale équivalente;
d’une durée de vie déterminée;
des conditions d’utilisation.
-Détermination juste des tolérances de mise en forme des arbres et des logements supportant les roulements.
| -Organes de transmission du mouvement (courroies, chaînes, roues dentées, etc.)
-Rapport de transmission
|
| Examiner les relations entre les composants des mécanismes complexes.
| -Caractérisation juste des réducteurs et des variateurs de vitesse.
-Détermination du cheminement énergétique.
-Détermination appropriée des fonctions de chacun des organes des mécanismes.
-Caractérisation juste des organes de transformation de mouvement.
-Repérage des points faibles des mécanismes.
| -Réducteurs de vitesse
-Énergie cinétique et potentielle
-Travail
-Puissance
-Transmission de l’énergie (puissance et vitesse)
-Organes de transformation du mouvement (crémaillères, coulisseaux, bielle-manivelle, etc.)
|
Approche pédagogique
La matière sera présentée sous forme d'ateliers interactifs et parfois par des exposés magistraux selon les besoins.
Les ateliers interactifs seront généralement amorcés par le biais de situations-problèmes. Durant les situations-problèmes, vous serez amenés à intégrer un certain nombre de concepts pour arriver à une solution. Ces situations-problèmes seront dans la mesure du possible inspirées de phénomènes que vous pouvez observer dans la vie de tous les jours ou que vous pourrez reproduire et étudier en laboratoire avec des moyens modestes. Elles feront éventuellement appel à un éventail de compétences expérimentales (mesures sur le terrain), théoriques, méthodologiques (p.ex. recherche d'information valable sur le www). Par cette démarche d'intégration de concepts vous serez graduellement conduits à développer une certaine acuité à remarquer et analyser des phénomènes souvent très familiers auxquels vous n'aurez peut-être jamais porté d'attention particulière auparavant. Je souhaite que vous puissiez développer votre sens de l'observation, développer votre capacité à transférer vos apprentissages, développer votre créativité tout en intégrant une approche d'analyse rigoureuse propre à la méthode scientifique.
Au cours des exposés magistraux, qui seront l'occasion de faire des exemples de résolution de problèmes, il vous sera recommandé de prendre des notes. Le manuel de mécanique en ligne fournira des informations souvent complémentaires à celles proposées par le professeur afin de favoriser une meilleure intégration des concepts pour tous (la lecture du manuel sera nécessaire).
(http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php?n=Publication.PrefaceMecanique)
Pour chaque thème abordé en classe, vous connaîtrez les sections pertinentes du manuel. Les exercices sont directement intégrés au manuel en ligne. Ces exercices visent l'intégration des concepts théoriques, ils vous permettront de vous préparer aux examens. Des périodes d'exercices se tiendront durant les heures de cours. Par son étude, l'étudiant doit s'assurer de dégager et intégrer les concepts pour pouvoir les identifier par lui-même dans des situations différentes. Les problèmes d'examen seront tirés de situations de la vie de tous les jours dans la mesure du possible.
Des petites démonstrations expérimentales seront régulièrement insérées durant les heures de classe afin de favoriser la compréhension et afin d'augmenter l'intérêt face à aux concepts étudiés.
Un certain nombre de documents relatifs au cours seront disponibles via le World Wide Web sur un wiki dédié à mes cours et accessible à partir du site du département (via ma page personnelle).
http://www.cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema
Les documents pourront donc être consultés en ligne (dans le respect de l'environnement) ou imprimés à l'aide d'un navigateur WEB. Le wiki sera un lieu d'échange, de travail collaboratif, de gestion du temps, de diffusion et un espace favorisant l'évaluation formative et certificatives des compétences visées par le cours. Vous aurez à y inscrire votre adresse de courriel pour faciliter l'échange de l'information dans le groupe et avec le professeur. Cet outil occupera une place fondamentale dans le déroulement du cours. À ce titre vous serez tenus de le consulter au moins une fois par semaine.
Laboratoires projets:
Les équipes de laboratoire seront constituées de quatre étudiants. Les heures de laboratoire seront consacrées à la résolution de situations-problèmes qui seront abordés selon une pédagogie par projet.
Liste des projets:
- Détermination de la masse d'une automobile (3 semaines)
- Un projet bien ciblé (4 semaines)
- Une course dynamique (5 semaines)
Pour ces projets vous devrez déterminer par vous-même la démarche expérimentale optimale à utiliser de façon à répondre le mieux possible à la situation-problème. Cela implique la mise au point du protocole expérimental, la fabrication du montage expérimental et le choix de la méthodologie de réduction et d'analyse des résultats. Vous pourrez utiliser les matériaux disponibles au laboratoire de physique mais si vous jugez nécessaire de compléter avec d'autres matériaux vous pourrez vous les procurer vous-mêmes. La récupération de matériaux usagés devrait être valorisée.
Comme il s'agit de projets originaux, vous devez vous attendre à commettre quelques erreurs qui vous forceront à revoir et améliorer votre démarche en cours de route. À la fin du projet, vous devrez présenter un compte-rendu en respectant les exigeances énoncées dans la page de description des projets.
http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php?n=APPWiki.A08Cours01ListeProjets
Évaluation:
L'évaluation portera sur l'atteinte des compétences identifiées par le devis ministériel.
Évaluation formative
Chaque situation-problème sera l’occasion pour l’enseignant d’effectuer des observations et de transmettre, de façon orale ou par écrit via le wiki ou par courriel, des commentaires à l’étudiant. Ces observations et commentaires porteront autant sur l’utilisation adéquate et la compréhension des concepts et connaissances que sur les méthodes de travail, les stratégies employées, les attitudes et les comportements. Cette rétroaction continuelle de la part de l’enseignant permettra aux étudiants d’ajuster leurs attitudes, leurs stratégies et leur compréhension en cours de route. Vous êtes tenus de consulter votre adresse de courriel et votre espace d'équipe sur le wiki au moins une fois par semaine. Vous devrez maintenir un journal de bord à même le wiki ou vous consignerez vos remarques et notes en lien avec vos apprentissages. Vous aurez aussi à utiliser une liste de tâches sur le wiki pour faciliter la gestion de votre travail d'équipe. L'utilisation du wiki constitue une innovation pédagogiques, et par le fait même nous devrons laisser place à certains ajustements possibles de ce système en cours de route.
Évaluation certificative
L’enseignant basera son jugement sur le niveau d’atteinte de la compétence à partir de l’appréciation de quatre grandes habiletés qui sont associées à cette compétence. L’appréciation de chacune de ces habiletés sera communiquée à l’étudiant en fonction des mentions suivantes :
| A : | Optimal |
| B : | Opérationnel |
| C : | Suffisant |
| D : | Pré-opérationnel |
| E : | Insuffisant |
Voici ces quatre habiletés:
- Mobilisation et utilisation adéquate des concepts, lois et principes appropriés à la situation.
- Traitement théorique ou expérimental rigoureux, juste et adéquat
- Jugement critique de la démarche et interprétation de ses limites
- Communication orale et écrite juste et appropriée
Évaluation de la compétence
Au moment de porter un jugement sur le niveau d’atteinte de la compétence, l’enseignant effectuera une appréciation globale sur chacune des quatre grandes habiletés. Cette appréciation globale permettra l’évaluation du niveau d’atteinte de la compétence à ce stade du cours.
Le tableau suivant montre la correspondance entre les appréciations des habiletés et l’évaluation du niveau d’atteinte de la compétence ainsi que la note numérique associée à ce niveau d’atteinte. Il faut aussi remarquer la prépondérance des deux premières habiletés sur l’évaluation de la compétence.
Tableau 1: Évaluation d'une compétence
| Niveau d’atteinte de la compétence | Insuffisant | Pré-opérationnel | Suffisant | Opérationnel | Optimal |
| Habiletés | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Appréciation globale correspondante | E | E | ? | ? | D | D | ? | ? | C | C | D | D | B | B | C | C | A | A | B | B |
| | D | E | ? | ? | D | C | ? | ? | C | B | ? | ? | B | A | ? | ? | A | A | A | A |
| | E | D | ? | ? | C | D | ? | ? | B | C | ? | ? | A | B | ? | ? | |
| Note équivalente approximative | 40 % et (-) | 50 à 59 % | 60 à 70 % | 75 à 85 % | 90 à 100 % |
Un ? signifie peu importe ce résultat
Grille d'évaluation des habiletés
Mobilisation et utilisation adéquate des concepts, lois et principes appropriés à la situation
| L’étudiant reconnaît et choisit un nombre suffisant de concepts, lois et principes pertinents à l’analyse de la situation et les utilise de façon appropriée | |
Traitement théorique ou expérimental rigoureux, juste et adéquat
| L’étudiant choisit des méthodes et outils pertinents et suffisants et les utilise de manière appropriée pour traiter la situation | |
| L’étudiant traite la situation dans une démarche rigoureuse, exacte et structurée en justifiant les étapes retenues | |
| Rédaction de rapport de laboratoire selon les normes établies | |
Jugement critique de la démarche et interprétation de ses limites
| À l’aide d’un nombre suffisant d’éléments d’analyse pertinents et suffisamment développés, l’étudiant porte un regard critique sur la démarche utilisée afin d’en faire ressortir les limites et de juger de sa validité | |
| L’étudiant reconnaît les impacts de la modélisation retenue, des approximations effectuées, de la précision des mesures réalisées ainsi que des méthodes de mesure et d’analyse employées sur la pertinence et la validité des conclusions | |
| L’étudiant fait preuve de cohérence entre les notions mobilisées, le traitement réalisé, les éléments analysés, les conclusions tirées et la situation initiale | |
Communication orale et écrite juste et appropriée
| L’étudiant communique de façon concise et compréhensible son travail à l’aide d’idées bien organisées et bien présentées en ayant recours à un vocabulaire et une terminologie appropriés | |
| L’étudiant utilise un français de bonne qualité en respectant les règles de grammaire | |
Pondération des activités d'évaluation:
| Examen 1 | 15% |
| Examen 2 | 25% |
| Test éclair | 6% |
| Examen oral | 18% |
| Projet 1 | 9% |
| Projet 2 | 12% |
| Projet 3 | 15% |
Considérations spécifiques à certaines évaluations:
- En cas de difficulté de travail au sein de l'équipe de laboratoire, vous aurez à compléter une fiche de coévaluation. Chacun des membre de l'équipe aura à établir le niveau de travail (sur une échelle de 0 à 10) que ses coéquipiers et lui même ont respectivement investis dans le laboratoire. Ces fiches devront être remises par écrit au professeur simultanément à la remise du rapport. L'évaluation des rapports s'appui sur la grille d'évaluation ci-dessus sur la base des quatre habiletés. Le résultat final pourra être modulé légèrement en fonction de l'originalité/créativité, et de l'esprit d'initiative manifestés tout au long du projet.
- Le premier examen écrit d'une durée de 1 heure se tiendra dès la 5e semaine de cours. Le deuxième examen écrit d'une durée de 2 heures sera récapitulatif et se tiendra à la 13e semaine. Ces examens feront appel à votre compréhension des phénomènes physiques 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 plutôt que sur la réponse.
- L' examen oral, est composé de questions de compréhension. Vous disposerez de toute la session pour faire le tour de ces questions. Vous aurez alors à vous présenter individuellement pour répondre à deux questions parmis quatre sélectionnées au hasard. Aucune documentation ne sera permise lors de l'évaluation. La durée maximale de l'examen oral est de 8 minutes.
- La rédaction des compte-rendus sera obligatoirement faite en ligne sur le Wiki du cours (http://www.cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema). Les étudiants devront voir à ce que la présentation soit soignée et bien synthétisée car les rapports pourront être accessibles aux internautes du monde entier. Des images pourront être insérées au rapport pour servir la clarté du travail.
- À chaque chapitre vous disposerez d'une série d'exercices. Vers la 15e semaine, je vous soumettrai un test éclair sans préavis au cours duquel vous aurez à répondre à une des questions faite en exercice (aucune notes permises). La durée du test éclair sera déterminée de façon à ce que ceux qui auront fait les exercices soient favorisés.
Disponibilité:
Vous pourrez me rencontrer sur rendez-vous à mon bureau situé au département de physique. Je serai aussi TRÈS facile à rejoindre par courriel à l'adresse figurant sur la page couverture.
Rétroaction sur le cours:
Une rétroaction sur le déroulement du cours peut se faire à tout moment au cours de la session, si les étudiants ou le professeur en sentent le besoin. Vos suggestions et commentaires sont importants pour l’enseignant et pour l’évolution du cours. Ils devraient être faits sur le wiki dans la section réservée à la rétroaction.
http://cegepsherbrooke.qc.ca/~aubema/index.php?n=APPWiki.A08Cours01Retro
Le mot de passe pour pouvoir éditer cette page sera inscrit dans votre espace de travail d'équipe sur le wiki.
Politiques départementales:
- La présence aux laboratoires et aux examens est obligatoire. Toute absence non motivée entraîne automatiquement la note zéro. Une absence devra être justifiée par une raison sérieuse dans les plus brefs délais, avec preuve à l’appui.
- En cas de retard dans la remise d’un travail, une pénalité de 10% par jour de retard sera appliquée, à moins d’entente contraire préalable.
- Lorsque l’enseignant remet une appréciation ou une évaluation à un étudiant, cet étudiant peut demander des clarifications ou précisions sur l’évaluation. Si toutefois l’étudiant juge que l’évaluation n’est pas conforme à son niveau d’atteinte de la compétence, il doit immédiatement demander une rencontre avec son enseignant afin de réexaminer plus en profondeur le processus d’évaluation. Si après cette rencontre, l’étudiant se sent toujours lésé, il dispose d’un délai maximal de trois jours de classe pour faire une revendication écrite auprès de la coordination départementale.
Médiagraphie:
Documentation de base:
Volumes de référence:
- CROMER, LORRAIN, ST-GERMAIN, THÉRIAULT-DUBÉ, Physique dans les domaines scientifiques et industriels - Mécanique, McGraw-Hill, 1983
- BOISCLAIR, Gilles et PAGÉ, Jocelyne, Guide des sciences expérimentales, 3e édition, ERPI, 2004
- BENSON, Harris, Physique 1 : Mécanique, 3e édition, ERPI, 2004
- GIANCOLI, Douglas C., Physique générale, volume 1, 1993 [QC21.2.G53614 1993 v.1 1]
- HALLIDAY, David, RESNICK, Robert et Jearl WALKER , Physique 1 : Mécanique, Chenelière/McGraw-Hill, 2004
APPWiki.A08Cours01CalSimple
Calendrier indicatif:
| Sem.
| Théorie
| Laboratoire
| À remettre
| Situations problèmes
| Lectures et exercices
|
| 1
| Introduction
| Introduction/ Wiki
| liste des équipes
| -Temps de réaction (réflexe)
-Tension énorme = petits angles
| Chapitres 1 et 2
FAQ du wiki
|
| 2
| Diagrammes de forces
| Diagramme de forces
|
| -étudiants ne peut se lever
-Pile de tuiles
-Ustensiles en équilibre
-erlenmeyeur instable
-Voûte gothique
-sceinture
-Anneau cm hors axe (eq. stable/inst.)
-duremolle
-balle ping-pong séchoir
| Chapitre 3 sections 1-4
|
| 3
| Dynamique
| Dynamique
|
| -Pieu anti-vampire
-Pile de 25 cents
-Nappe magique
| Chapitre 4
|
| 4
| Dynamique utilisation de excel
| Projet 1
|
| -Masse avec double corde
-Accéléromètre
|
|
| 5
| Examen 1
| Projet 1
| Copie de l'examen 1
| -Oeuf projectile
|
|
| 6
| Dynamique
| Projet 1
|
| -Pièces monnaie sur règle 1m
-L'eau ne coule plus
-pendule simple et masse ressort
-pendule chaotique
| Chapitre 5
|
| 7
| Dynamique
| Projet 2
| Compte-rendu 1
| -Vitesse et hauteur d'un avion de ligne
-Hauteur du 7e etage par rapport au premier
-Angle de portée maximale
-Accélération maximale de l'ascenseur
-Pendule chaotique
|
|
| 8
| Principes de conservation
| Projet 2
|
| -Verres de styromousse
-Scintre en rotation
-toupie
-Course rotative
-Canette gelée/liquide
-Oeufs cuit cru
| Chapitre 7
|
| 9
| Principes de conservation
| Projet 2
|
| -Roue d'inertie
-Rotation instable I_moyen_
|
|
| 10
| Principes de conservation
| Projet 2 (compétition)
| Compte-rendu 2
|
| Chapitre 6 sections 1-7
|
| 11
| Principes de conservation
| Projet 3
|
| -Descente 2 rampes
-Balle qui remonte une pente
-Bouteille deux trous
-balle monte intérieur d'un cylindre
|
|
| 12
|
| Projet 3
25 nov.
|
| -canette qui revient
-pendule wilberforce
-pendule galilée
-pendules sympathiques
|
|
| 13
|
| Projet 3
2 déc.
| Copie de l'examen 2
| -Fusée à eau
-Super-balles
-Pile de 25 cents
-Avion à air
| Chapitre 6 sections 8-10
|
| 14
| Examen 2 récapitulatif
Dynamique (rot)
28 nov.
| Projet 3 (compétition)
9 déc.
| Inscription examen oral
| -Banc rotatif
-Roue d'inertie
|
|
| 15
| Dynamique (rot)
5 déc.
| Pas de 15e sem.!
| Compte-rendu 3
Copie du test éclair
|
|
|
| 16
|
| Examen oral
Toutes les questions
|
|
|
|
