Laboratoire de couple et clé de serrage

Le Laboratoire de couple et clé de serrage est une simulation interactive de mécanique de rotation en 3D qui visualise à la fois la norme scalaire tau = r F sin theta et le produit vectoriel 3D selon la règle de la main droite tau = r x F. Une clé en acier enserre un boulon hexagonal sur un établi tandis que les élèves font glisser le point d'application de la force le long du manche (r de 0,15 m à 0,65 m) et modifient l'angle de traction theta (de 15 à 165 degrés). Des flèches 3D codées par couleur montrent le vecteur position r le long de la clé, le vecteur force appliquée F, le bras de levier perpendiculaire jaune r_perp = r sin theta, et le vecteur moment vert vertical s'élevant le long de l'axe du boulon. Dès que tau dépasse le seuil de frottement de déblocage, le boulon se décoince et tourne.

• Faites glisser la poignée orange vers l'extérieur de r = 0,20 m à r = 0,60 m et observez la flèche verte verticale du Moment tau = r x F grandir jusqu'à ce que le boulon bloqué se libère et tourne.
• Faites varier l'Angle de traction theta de 30 degrés à 90 degrés puis à 150 degrés, en observant comment le bras de levier jaune r sin theta atteint son maximum lorsque vous tirez perpendiculairement à la clé.
• Cliquez sur le bouton Caler theta = 90 degrés ou cliquez sur le boulon hexagonal pour aligner la force perpendiculairement au manche et comparer le moment obtenu avec celui d'une traction oblique.
• Passez à la vue caméra Plan de dessus (r x F) pour inspecter le triangle rectangle géométrique formé par le vecteur position r, la droite d'action de F et le bras de levier perpendiculaire r sin theta.
• Augmentez le Frottement de déblocage du boulon à 85 N·m et trouvez la combinaison minimale de bras de levier r et de force F nécessaire pour desserrer le boulon.

1. 1Calculer la norme du moment d'une force à l'aide de tau = r F sin theta et identifier le bras de levier perpendiculaire r_perp = r sin theta.
2. 2Utiliser la règle de la main droite en 3D pour déterminer la direction axiale du vecteur moment tau = r x F.
3. 3Expliquer pourquoi tirer à 90 degrés par rapport au manche d'une clé produit un moment maximal tandis que tirer dans l'axe du manche (0 ou 180 degrés) produit un moment nul.
4. 4Prédire si un couple appliqué surmontera un seuil de frottement statique et produira une accélération angulaire.

Questions fréquentes des enseignants