Dans cette unité de sciences physiques, les élèves exploreront la façon dont les objets se déplacent et étudieront également les forces qui agissent sur eux. Le mouvement et la force sont des concepts clés en sciences physiques. Toutes les choses dans l'univers sont constamment en mouvement et affectées par des forces équilibrées et déséquilibrées, telles que la gravité.
Une force déséquilibrée agissant sur un objet modifie sa vitesse et/ou la direction de son mouvement. Si les forces sont équilibrées, l’objet sera immobile. Si les forces agissant sur l’objet sont déséquilibrées, celui-ci se déplacera. Dans cette unité, les élèves expérimenteront des forces équilibrées et déséquilibrées sur la Super Car.
Qu’est-ce que la Force ?
La force est une poussée ou une traction sur un objet. Lorsqu’une force est appliquée à un objet et que cette force ne rencontre aucune opposition, elle modifie le mouvement d’un objet. Il existe des forces équilibrées et déséquilibrées. Les forces égales mais opposées dans des directions sont appelées forces équilibrées. Les forces équilibrées ne font pas bouger un objet.
Un exemple de force équilibrée serait deux groupes de personnes jouant à la corde avec la même force. Cela permettrait à la corde de rester en place, puisque les forces opposées exercées des deux côtés sont équivalentes. Cependant, des forces déséquilibrées entraîneront le déplacement d’un ou plusieurs objets.
Si les deux côtés sont tirés avec la même force, la corde ne bouge pas et les personnes qui tirent non plus. Cependant, si la force de traction est plus importante d’un côté, la corde bougera ainsi que les personnes de l’autre côté.
Gravité ou les forces gravitationnelles sont des forces d'attraction. Sur Terre, la gravité est la force que la Terre exerce sur nous, nous tirant et nous maintenant au sol. Cette force détermine ce que nous pesons, la hauteur d’une balle volante ou toute autre force physique sur la planète.

Dans cette unité, les élèves expérimenteront la force gravitationnelle équilibrée et déséquilibrée en plaçant leur super voiture non motorisée au sommet d'une rampe.

Au cours du laboratoire 5, les étudiants seront initiés à la vitesse grâce à l'utilisation de VEXcode GO pour modifier les paramètres de vitesse de la Code Super Car. La vitesse est une mesure de la vitesse et de la direction dans laquelle un objet se déplace. Si les élèves réduisent la vitesse de la Code Super Car, cela réduira la force dont dispose la Code Super Car. Des forces équilibrées permettront à la vitesse de la Code Super Car de rester constante. Une force déséquilibrée entraînerait une accélération ou une décélération de la Code Super Car.
Qu’est-ce que le mouvement ?
Le mouvement est le mouvement. Ce mouvement peut être analysé en observant et en mesurant la distance parcourue par un objet, la vitesse à laquelle il se déplace et la direction dans laquelle il se déplace. Plus précisément, le mouvement peut être décrit à l'aide des trois lois de Newton.
La première loi du mouvement de Newton
Première loi du mouvement de Newton: stipule que un objet au repos reste au repos et qu'un objet en mouvement reste en mouvement, à moins qu'il ne soit soumis à une force déséquilibrée ou externe.
Lorsque les objets sont au repos, il est plus facile pour les élèves de comprendre pourquoi ils sont au repos. Cependant, lorsque des objets se déplacent puis ralentissent progressivement ou s'arrêtent soudainement en raison de certaines forces telles que la friction ou la gravité, ces concepts sont souvent difficiles à percevoir. Ils sont donc plus difficiles à conceptualiser. Les objets au repos sont souvent dus à des forces équilibrées sur cet objet. Lorsqu'un objet est en mouvement, il continuera à se déplacer jusqu'à ce qu'une force déséquilibrée ou externe agisse sur lui. Par exemple, si vous faites rouler une balle sur une colline, elle continuera à rouler jusqu'à ce qu'elle heurte quelque chose ou se stabilise sur une surface plane et ralentisse en raison de la friction et/ou de la gravité.
Deuxième loi du mouvement de Newton
Deuxième loi du mouvement de Newton: stipule que l'accélération d'un objet dépend de la masse de l'objet et de la force agissant sur lui. La loi définit une force comme étant égale à la masse multipliée par l’accélération. (c'est à dire F = m*a).
Plus la force appliquée à un objet est grande, plus l'objet est affecté. Il y a beaucoup de conditions à considérer. Par exemple, quel est le poids ou la taille de l'objet ? Plus l’objet est lourd ou grand, plus il faudra de force pour le déplacer.
Troisième loi du mouvement de Newton
Troisième loi du mouvement de Newton: stipule que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. En d’autres termes, si l’objet 1 exerce une force sur l’objet 2, alors l’objet 2 exerce également une force égale sur l’objet 1.
Pensez à vous asseoir sur une chaise. La force de votre position assise doit être opposée à une force s'exerçant vers le haut, sinon la chaise s'effondrerait. En termes de forces équilibrées et déséquilibrées, lorsque les forces sont équilibrées, un objet ne bouge pas et reste stationnaire. Par exemple, imaginez que vous poussez votre bras contre le mur. La force de votre bras s'équilibre avec la force exercée par le mur afin de rester à l'arrêt. Les forces peuvent également être déséquilibrées. Lorsque les forces sont déséquilibrées, les objets bougent. Cela est dû au fait qu’une force est supérieure à une autre.
Que sont les engrenages ?
Les engrenages sont des roues avec des dents sur les bords utilisées pour transférer la force d'une position à une autre. Cela peut être fait avec des engrenages de même taille pour transférer la même force ou en utilisant des engrenages de différentes tailles pour créer un avantage en termes de vitesse ou de puissance lors du transfert de la force.
Il existe deux types d’avantages mécaniques que les engrenages peuvent créer. Un avantage mécanique correspond au moment où vous avez besoin de moins de force pour effectuer la même quantité de travail, car une machine simple (dans ce cas : des engrenages) est utilisée pour augmenter et changer la direction de la force appliquée. Un avantage mécanique peut être ajusté pour répondre à des besoins spécifiques. Lorsque deux engrenages de même taille sont engrenés ensemble, cela crée un transfert de puissance dans un rapport de 1-1. Deux autres types d’avantages mécaniques sont la vitesse et le couple.

En ce qui concerne la façon dont les engrenages se déplacent, il existe un engrenage menant et un engrenage mené. Un engrenage menant est l’engrenage qui relaye ou transmet la puissance à un autre engrenage. Un engrenage mené est l’engrenage propulsé vers l’avant par un autre engrenage.
Le couple est un avantage mécanique qui rend la sortie d'un engrenage mené ou d'une machine plus puissante. Le couple est créé lorsqu’un engrenage plus petit entraîne un engrenage plus grand. Il faut plus de rotations au petit engrenage pour faire tourner le grand engrenage d’un tour complet.
La vitesse est la distance parcourue par un objet au fil du temps et constitue un avantage mécanique qui accélère la sortie de l'engrenage mené ou de la machine. Cet avantage est créé lorsqu’un engrenage plus grand entraîne un engrenage plus petit.
La vitesse est inversement proportionnelle au couple. Si la vitesse est souhaitée en sortie, alors le couple doit être diminué. L'inverse est également vrai : si plus de couple ou de puissance est souhaité en sortie, alors la vitesse diminuera.
Le kit VEX GO comprend quatre types d'engrenages : le Red Gear a 8 dents, le Green Gear a 16 dents, le Blue Gear a 24 dents et le Pink Gear a 24 dents. Les engrenages rouge, vert et bleu peuvent transférer la vitesse et le couple. Le Pink Gear n'a pas de trou carré au centre et est un engrenage « fou ». Il est souvent utilisé pour transférer un couple d'une position à une autre, sans modifier le rapport de démultiplication.