Expérience # 1
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L’utilisation d’un Spur Gear
System dans un Ventilateur
a manivelle
Objectifs : Comprendre et décrire le transfert de
mouvement à travers un système d’engrenage droit et
étudier la relation entre la taille de l’engrenage, la vitesse
de rotation et de la force.
Ce dont vous aurez besoin :
le modelé de VENTILATEUR A MANIVELLE
ruban adhésif
papier ou bloc-notes
Procédé :
1. Construisez le modèle de VENTILATEUR en suivant les instructions étape-parétape.
2. Explorez votre modèle. Localiser et identifier les engrenages. Regardez le
mécanisme d’engrenage en fonctionnement lorsque vous tournez la manivelle.
3. Utilisez votre bloc-notes pour expliquer comment le système d’engrenage
fait tourner les pales du ventilateur. Comment les engrenages du ventilateur
s’emboîtent? Sont-ils en ligne avec l’autre ?
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4. Cette disposition est appelée Spur Gear System. Dans cet
agencement, les roues dentées s’emboîtent ou fusionnent, le long
de la même ligne ou dans le même plan. Dans le ventilateur a
manivelle, les roues dentées sont disposées les unes au-dessus
de l’autre. Retournez votre modèle sur le côté afin que vous
puissiez voir comment les engrenages sont en ligne avec l’autre.
pales de ventilateur
5. Les noms des différentes parties de ce
modèle sont : Manivelle, engrenage de
commande, engrenage entraîné, et les
pales du ventilateur. Utilisez du ruban
adhésif pour étiqueter les différentes
parties de votre modèle.
manivelle
engrenage de entraîné
engrenage commande
6. Utilisez votre bloc-notes pour répondre à ce qui suit :
(a) Décrire comment les pièces mobiles que vous avez étiquette plus haut sont
reliées les unes aux autres.
(b) Décrire le mouvement d’entrée - le mouvement que vous utilisez lorsque vous opérez la manivelle.
(c) Décrire le mouvement des engrenages.
(d) Dessinez un schéma de l’agencement d’engrenage dans votre bloc-notes
et utilisez des flèches pour indiquer dans quelle direction chaque partie se
déplace lorsque vous utilisez le ventilateur.
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7. Attachez un petit morceau de ruban adhésif sur le bord d’une pale de ventilateur et
sélectionnez un point de référence afin que vous puissiez garder une trace de la pale
qui tourne.
(a) Tournez la manivelle pour faire une rotation. Continuer à tourner la manivelle,
mais varier la vitesse à laquelle il est tourné. Comment pouvez-vous faire
tourner le ventilateur plus vite / lent ?
(b) Marquer les deux roues dentées avec soit un autocollant de point ou d’une
marque de crayon. Les marques doivent être faites à l’endroit où les deux
engrenages s’entremelent. Maintenant, donnez un tour lent a la manivelle.
Que remarquez-vous ?
(c) Notez dans votre cahier les tailles des deux roues - pilote et entraîné - utilisé
dans le modèle.
(d) Pourrait-il y avoir une relation entre la taille des engrenages et vos
conclusions à (b) ?
(e) Donnez a la manivelle un tour supplémentaire, mais cette fois, notez à quel
point les pales du ventilateur se déplacent. Demandez à un ami, un parent ou
enseignant de compter le nombre de fois que la lame avec le ruban adhésif
passe par le point de référence choisi, et se concentrer sur faire juste un tour
complet avec la manivelle.
(f) Combien facile / difficile est-il de tourner la manivelle avec cet arrangement
d’engrenage ?
(g) Résumez vos observations concernant la distance que les deux roues et les
pales du ventilateur tournent avec une rotation de la manivelle.
8. (a) Que pensez-vous qui se passera si vous utilisez :
(i) une grande roue d’engrenage pour entraîner une petite roue dentée et
(ii) une petite roue dentée pour conduire une grande roue dentée.
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• Notez vos réponses dans votre cahier.
(b) Découvrez si vos prédictions
étaient correctes en
reconstruisant vos modèles
avec deux engrenages qui sont
différentes en taille à l’aide de ces
images.
(c) Pensez à une façon de comparer la vitesse que le ventilateur tourne, avec la
vitesse de la manivelle lorsque le grand engrenage est fixé à la manivelle et le
petit engrenage est fixé aux pales du ventilateur.
(d) Comment est-il facile / difficile de tourner la manivelle de cet arrangement par
rapport à quand les engrenages étaient de la même taille ?
• Notez vos réponses dans votre cahier.
(e) Comparer la vitesse à laquelle le ventilateur tourne à la vitesse de la manivelle,
lorsque la petite roue dentée est fixée à l’essieu de l’engrenage et la grande
roue dentée est fixée à l’essieu de la pale de ventilateur.
(f) Comment est-il facile /difficile à tourner la manivelle de cet arrangement, par
rapport à quand les engrenages étaient (i) de la même taille et (ii) le grand
engrenage était le conducteur ?
• Notez vos réponses dans votre cahier.
9. (a) Discutez de vos observations des systèmes d’engrenage à l’aide de différents
taille d’engrenage.
(b) Est-ce que vos observations confirment la prédiction que vous avez écrit plus
tôt ? Signalez vos conclusions en utilisant des preuves de vos enquêtes.
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Activité supplémentaire : Ratios d’engrenage
1. Vous avez utilisé une mesure brute pour comparer les vitesses d’entrée et de sortie
des roues dentées dans l’expérience que vous venez d’effectuer. Qu’est-ce que vous
avez découvert était un rapport d’engrenage simple.
2. Une approche plus précise est de comparer les résultats en comptant le nombre de
dents sur chaque roue dentée.
Ratio d’engrenage =
Nombre de dents sur l’engrenage (suiveur) entraîné
Le nombre de dents sur l’engrenage d’attaque
Par exemple: 14/84 donne un rapport d’engrenage de 1/6 ou 1: 6
3. 1: 6 rapport d’engrenage signifie que pour chaque tour complet de la roue menant,
la roue menée fait 6 tours complets. Ou, autrement dit: la vitesse de sortie est plus
rapide que la vitesse d’entrée.
4. (a) Maintenant, enlevez les pales de votre ventilateur de manivelle et mettre de côté.
(b) premièrement, utiliser le grand engrenage comme conducteur et le petit
l’engrenage entraîné.
(c) Deuxièmement, utiliser le petit engrenage comme commande et le grand
engrenage comme entraîné.
REMARQUE : Ne pas
démonter votre ventilateur.
Il suffit de fixer la manivelle
sur l’arbre approprié. (Voir les
schémas ci-dessous.) Afin de
regarder la vitesse de rotation
du deuxième engrenage
de la chaîne d’engrenage,
vous devez attacher un
connecteur jaune à la fin
Mise en place 1: L’engrenage sur l’essieu
de l’essieu de cet engin.
supérieur. Mettez le connecteur jaune sur
l’extrémité de l’axe inférieur.
(Ce connecteur remplace les
lames qui, si elle est utilisée sur
l’essieu inférieur, va frapper la
table àmoins que le modèle est poussé à son extrémité)
Mise en place 2: L’engrenage sur l’essieu
inférieur. Mettez le connecteur jaune sur
l’extrémité de l’axe supérieur, où les lames
étaient.
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(d) Déterminer le rapport de vitesse de votre ventilateur de manivelle. Notez le
rapport de vitesse dans votre bloc-notes et décrire, dans vos propres mots, ce
que signifie le rapport d’engrenage en référence à leur ventilateur de manivelle.
(e) Qu’obtient-on en utilisant ce train d’engrenage? Est-ce que votre ventilateur
tourne rapidement ou lentement?
5. Utilisez le tableau ci-dessous pour enregistrer vos résultats et répétez les étapes (4c4e) avec le petit engrenage comme engrenage de commande et le grand engrenage
l’engrenage entraîné.
VITESSE DES TRAINS
D’ENGRENAGE
VITESSE DU
VENTILATEUR V VITESSE
DE L’ENGRENAGE
RAPPORT
D’ENGRENAGE
(APPROX)
VITESSE DE SORTIE
ACCRUE OU DE LA FORCE
DE SORTIE ACCRUE
Les engrenages sont de la
même taille
Le grand engrenage
conducteur déplaçant le
petit engrenage conduit
Petit engrenage
conducteur déplaçant le
grand engrenage entraîné
6. Brainstorming comment vous pouvez changer la conception du ventilateur de
manivelle de telle sorte que la manivelle et le tour du ventilateur tournent dans
la même direction, dans votre journal. Astuce : Que pouvez-vous ajouter au
mécanisme? Cela introduira le concept de l’engrenage intermédiaire.
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