Test mécanique

Les tests de raisonnement mécanique sont conçus pour évaluer vos connaissances techniques, mécaniques et physiques. Ils contiennent généralement des questions qui ne nécessitent pas de connaissances particulières, mais qui font appel à votre sens physique.

Les notions physiques régulièrement présentent dans ce genre de tests sont l'électricité, la mécanique (par exemple les balances, les leviers, les engrenages, les manivelles et les poulies), les structures (par exemple les effets de la compression), l'énergie (par exemple la transmission de la chaleur, la lumière et la puissance), les forces (par exemple la pesanteur, les effets de rotation, comme la force centrifuge).

Electricité

Un circuit électrique comprend : une source électrique (exemple: batterie, prise électrique), du fil électrique, un appareil électrique et un interrupteur (option) pour controler le circuit.

Symboles

Interrupteur :
Ampoule :
Batterie :
Prise :
Deux fils connectés :
Deux fils non connectés :
Fusible :

Pour fonctionner, un circuit a besoin d'être fermé, c'est à dire que toutes les parties du circuit doivent être connectées.

Exemple :

	L'interrupteur est ouvert, le circuit n'est pas fermé, la lampe ne s'allume pas.
	L'interrupteur est fermé, le circuit est fermé, la lampe s'allume.

Circuit en série - parallèle

La lampe 1 est en série alors que les lampes 2 et 3 sont installées en parallèle.

Si la lampe 1 est supprimée, le circuit est ouvert, toutes les lampes s'éteignent.
Si la lampe 2 est supprimée (ou la lampe 3), le circuit reste fermé, les autres lampes restent allumées.

Court circuit

L'interrupteur crée un chemin préférentiel pour l'électricité car il y a moins de résistance que le chemin avec l'ampoule. Ainsi, l'électricité passe par l'interrupteur et l'ampoule s'éteint quand l'interrupteur ferme le circuit.

Pour le cicuit 2, le cable supplémentaire court circuite le circuit, la lampe reste éteinte. Pour le circuit 1, le cable supplémentaire n'a pas d'incidence, la lampe reste allumée.

Connexion de batteries

Série		La lampe s'allume.
		La lampe ne s'allume pas.
Parallèle		La lampe s'allume.

Gravité

La gravité est la loi physique qui explique l'attraction terrestre des corps. Cette force est verticale et dirigée vers le centre de la Terre.

Exemple :

Sachant que l'ensemble est à l'arrêt, la boule sera dirigée comme sur la figure 1. En effet, la gravité dirige la boule verticalement.

Vitesse et temps de chute d'un objet

La vitesse de chute d'un objet dans le vide ne dépend pas de son poids (en considérant que la force de résistance de l'air est négligeable). Ainsi, une bille en fer tombera à la même vitesse qu'une bille en plastique.
De plus, la durée de la chute est fonction uniquement de la hauteur de la chute et est indépendante de la masse.

Exemple :

Les deux balles tombent de la même hauteur, elles toucheront le sol en même temps.

Pendule

Le pendule doit son mouvement oscillatoire à l'effet de la pesanteur. Au bout d'un fil inextensible, une petite masse est accrochée. En écartant celle-ci de sa position d'équilibre, elle oscille dans un plan de part et d'autre de la verticale. Le pendule ne peut aller à une hauteur supérieure à celle où il a commencé. De plus, plus le fil est long moins sa vitesse d'oscillation est élevée.

Lancé de balles

Deux balles identiques sont lachées en même temps. L'une d'entre elles est projetée verticalement (balle n°1) l'autre horizontalement (balle n°2). La résistance de l'air est négligeable.

Les deux balles atteignent la position la plus basse au même moment même si l'une des balles a été projetée horizontalement. Les deux balles avaient une vitesse initiale nulle et ont effectuée une chute libre.

Une balle est lancée verticalement. Sa vitesse décroît jusqu'à atteindre une vitesse nulle. La balle change alors de trajectoire et se dirige vers le sol. Sa vitesse augmente et est maximale au moment de l'impact avec le sol.

Levier

Un levier est une barre qui pivote autour d'un point fixe et qui est utilisée pour soulever ou déplacer des charges lourdes. Les objets utilisant le principe de levier sont nombreux, par exemple : une balance, des ciseaux, une brouette, un casse-noisette, un coupe ongles, une agrafeuse, un pied de biche, une pince à épiler, un ouvre bouteille, un arrache clou ...

Loi de levier

Une bascule est équilibrée lorsque deux masses identiques sont placées à une même distance du pivot.

Une bascule est équilibrée lorsque pour deux objets le produit de leur masse par leur distance du pivot est égal.

Loi de levier : M1 x d1 = M2 x d2

Ce qui se vérifie facilement : M1 = 2 M2 et d2 = 2 d1.

Ainsi, deux corps s'équilibrent à des distances inversement proportionnelles à leur poids.

Les 3 genres de levier

Il existe 3 genres de leviers en fonction de la position des points d'appui, d'action et d'effet.

Premier genre		Ex: ciseaux, pince plate, balancoire, arrache clou
Deuxième genre		Ex: décapsuleur, brouette, agrafeuse, casse noix
Troisième genre		Ex: bat de baseball, pince à épiller, pince à sucre, canne à pêche, coupe ongle

La plupart des questions concerne les leviers du premier genre.

Pour réussir ce genre de test, il faut retenir que :
- plus la charge à soulever est proche du point d'appui, plus il est facile de la déplacer,
- plus le levier est long, plus c'est facile de déplacer la masse.

Cas particulier

avec M1 = 1, M2 = 2, M3 = 3, d1 = 5, d2 = 3, d3 = 2, d4 = 5

M1.d1 + M2.d2 = M3.d3 + M4.d4
1 x 5 + 2 x 3 = 3 x 2 + 5 x M4
M4 = 1

Roue dentée

Les roues dentées sont fréquement utilisées dans les tests mécaniques. Elles sont associées pour former un engrenage qui permet de transmettre un mouvement de rotation. Les roues sont fixées à un arbre rotatif entrainé par une source d'énergie.

Rotation inverse

Les roues dentées en contact l'une de l'autre (exemple: mécanisme horlogé) tournent dans des sens opposés.

Rotation dans le même sens

Les roues dentées reliées par une chaine (exemple: vélo) tournent dans le même sens.

Vitesse de rotation

Lorsque les engrenages sont de la même taille et ont le même nombre de dents alors les roues tournent à la même vitesse.

Dans le cas où le nombre de dents est différent entre les roues, il faut alors faire le ratio du nombre de dents pour déterminer la vitesse d'une roue par rapport à l'autre.

Exemple :

Si la roue A fait 6 tours, combien de tours font les roues B et C?

Réponse :

Pour la roue B

Nombre de tours de B = Nombre de tours de A x Nombre de dents de A / Nombre de dents de B
soit Nombre de tours de B = 6 x 4 / 8 = 3

Pour la roue C

Nombre de tours de C = Nombre de tours de A x Nombre de dents de A / Nombre de dents de C
soit Nombre de tours de C = 6 x 4 / 6 = 4

Autre calcul équivalent :

Nombre de tours de C = Nombre de tours de B x Nombre de dents de B / Nombre de dents de C
soit Nombre de tours de C = 3 x 8 / 6 = 4

Poulie

Une poulie est une roue associée à une chaîne, à une corde ou encore à un cable. Elle permet de soulever plus facilement une masse importante.

Poulie simple

La poulie simple permet d'exercer une force dans une direction différente sans en diminuer l'effort.

Poulie double

En associant 2 poulies, la force motrice est divisée par 2 alors que la distance de corde à tirer est multipliée par 2.

Ainsi, l'association de poulies, appelée communément palan, multiplie la force exercée par le nombre de poulies utilisées.

Sens de rotation

Dans le cas où la courroie est droite, les deux poulies tournent dans le même sens.

Dans le cas où la courroie est croisée, les deux poulies tournent en sens contraire.

Vitesse de rotation

Lorsque les roues sont de la même taille alors les roues tournent à la même vitesse. Par contre, lorsque leurs tailles sont différentes alors il faut faire le ratio de leur taille pour déterminer la vitesse d'une roue par rapport à l'autre.

Exemple :

Si la roue A fait 2 tours, combien de tours fait la roue B?

Note : Taille de A = 2 x Taille de B

Réponse :

Nombre de tour de B = Nombre de tour de A x Taille de A / Taille de B soit Nombre de tour de B = 2 x 2 / 1 = 4

Treuil

Un treuil est un mécanisme qui permet d'enrouler un cable afin de porter ou tracter une charge. L'exemple le plus connu est le système de levage du seau dans un puit.

A l'aide de la manivelle, le treuil permet de soulever plus facilement la masse en utilisant le principe de levier. En effet, le bras de la manivelle est plus grand que le rayon du cylindre, ainsi l'effort pour soulever la masse est diminué. Ainsi plus la longueur de la manivelle est grande (ou plus le diamètre du cylindre est petit), moins l'effort à fournir est grand. Dans l'exemple, la force motrice pour soulever une même masse sera plus faible dans le cas 1.

Plan incliné

Un plan incliné est une surface plane et inclinée qui permet de déplacer un objet entre deux niveaux. Pour mainternir le solide en équilibre, il faut appliquer une tension à l'aide d'un câble par exemple qui s'oppose au poids du solide et à l'action du plan incliné.

Inclinaison

Plus le plan est incliné, plus la force à fournir pour faire monter l'objet est importante.

Plus le plan est incliné, plus une bille lancée en haut du plan aura une vitesse élevée.

Dans le cas 2, la bille aura donc une vitesse supérieure à celle du cas 1 (pour un plan incliné de même longueur).

Frottement

Moins l'objet aura de frottement avec le plan incliné, plus celui-ci aura une vitesse élevée.

Dans le cas 1, la bille aura moins de frottement avec le plan incliné que dans le cas 2 donc une vitesse supérieure à celle du cas 2.

Equilibre

Cas 1 : les plans ont la même inclinaison, les billes sont identiques pour maintenir l'équilibre.

Cas 2 : l'un des plans est deux fois plus grand que l'autre, il faut deux billes pour maintenir l'équilibre.

Ressort

Un ressort est un dispositif mécanique élastique qui retourne à sa forme initiale après avoir été comprimé ou étiré. Il se caractérise par sa raideur, noté k. La force exercée sur le ressort est liée à la raideur du ressort et à la longueur x d'allongement ou de compression : F = k . x

Montage en série

Dans le cas d'un montage en série, la raideur équivalente "K" d'un groupement de ressort se calcule à l'aide de la formule suivante : K = 1 / (1/k1 + 1/k2)

Montage en parallèle

Dans le cas d'un montage en parallèle, la raideur équivalente "K" d'un groupement de ressort se calcule à l'aide de la formule suivante : K = k1 + k2

Exemple type

Une masse d'un kilogramme est accrochée à deux ressorts en série qui sont étirés de 10 cm. Déterminer la distance d'étirement si les ressorts étaient en parallèle.

Réponse :

Une masse d'1 kg étire les deux ressorts en série de 10 cm; donc chaque ressort est étiré de 5 cm pour une charge de 1 kg. Le calcul de k dans le premier cas donne k = F1/x1 = 1/5 * g = 0.2 kg/cm * g avec F1 = masse * g, g est la constante de gravitation.

En parallèle chaque ressort subit donc un poids de 0.5 kg (la charge de 1 kg est répartie sur les deux ressorts donc 0.5 kg par ressort). La calcul de la déformation dans le second cas donne x2 = F2/k = 0.5/0.2 = 2.5cm (les constantes de gravitation s'annulent).

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