Chapitre 6 · Première Bac Pro ERA-MA · Physique-chimie · 55 min · Binômes
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Avant d'utiliser un levier réel, une menuisière agenceuse étudie le principe sur une maquette. Elle veut ensuite soulever légèrement une pièce de bois pour pouvoir glisser une cale. Le levier est une barre qui peut tourner autour d'un appui appelé pivot. La pièce appuie à gauche ; la main pousse vers le bas à droite.
Comment diminuer la force nécessaire en changeant la position de la main ? La maquette représente le levier juste avant le soulèvement. F₁ représente l'action de la pièce sur le levier ; F₂ représente l'action de la main.
Avec les forces du schéma, quel côté va descendre ? Entoure : gauche / droite / aucun. Explique brièvement ton choix.
La gauche descend : à la même distance du pivot, la force de 60 N a un effet de rotation plus grand que celle de 20 N. La pièce ne se soulève pas.
Ouvre la simulation des moments et choisis « Commencer le défi 60 N / 20 N ». Sélectionne ta prévision, puis clique sur « Tester ma prévision ».
Accès : maths-sciences-pro.fr/simulations/moments
Déplace ensuite seulement d₂, la distance de la main au pivot, jusqu'à l'équilibre. F₁ = 60 N, d₁ = 0,50 m et F₂ = 20 N restent fixes.
À l'équilibre, d₂ = …………… m. J'ai dû rapprocher / éloigner la main du pivot. Entoure le bon mot.
La prévision « gauche » est confirmée. L'équilibre est atteint à 1,50 m. Il faut éloigner la main du pivot. La main agit trois fois plus loin que la pièce, avec une force trois fois plus petite.
Dans la simulation, clique sur « Préparer le tableau de l'activité ». Les données de la pièce et le pivot sont alors déjà réglés. Pour chaque ligne :
| Position d₂ | Avant l'essai, F₂ sera… | F₂ à l'équilibre |
|---|---|---|
| 0,50 m | plus petite / égale / plus grande que 20 N | …………… N |
| 1,00 m | plus petite / égale / plus grande que 20 N | …………… N |
| 1,50 m | déjà observé | 20 N |
Complète : quand la main agit plus loin du pivot, la force nécessaire est plus ……………………… .
Aide : si la gauche descend, augmente F₂ ; si la droite descend, diminue F₂. La couleur verte indique l'équilibre, mais tu dois relever la valeur et l'expliquer.
On trouve 60 N à 0,50 m, 30 N à 1,00 m et 20 N à 1,50 m. La force nécessaire est plus faible lorsque la main agit plus loin.
Le professeur propose de multiplier chaque force par sa distance au pivot. À gauche, on trouve toujours 60 × 0,50 = 30. Calcule à droite, avec la calculatrice si besoin :
30 × 1,00 = ………… et 20 × 1,50 = ………….
À l'équilibre, les produits obtenus à gauche et à droite sont-ils égaux ?
30 × 1,00 = 30 et 20 × 1,50 = 30. Les produits sont égaux. Ce produit mesure l'effet de rotation : c'est le moment de la force, exprimé en N·m.
Pour réduire la force de la main, faut-il agir près du pivot ou plus loin ? Justifie avec un essai du tableau.
Dans le modèle, il faut agir plus loin du pivot : à 1,00 m, 30 N suffisent, contre 60 N à 0,50 m. À l'équilibre, le levier ne tourne pas. Pour commencer à soulever la pièce, il faut que le moment de la main devienne légèrement supérieur à celui de la pièce.
Une force plus faible peut avoir le même effet de rotation si elle agit plus loin du pivot. Cet effet se mesure par le moment : M = F × d, en N·m.
Le bras de levier d est la distance perpendiculaire entre l'axe et la droite d'action de la force. Ici, à l'horizontale, il correspond à la distance indiquée sur la barre. À l'équilibre : F₁ × d₁ = F₂ × d₂.
F₁ = 40 N à d₁ = 0,60 m ; F₂ = 30 N. Quelle distance d₂ donnera l'équilibre ?
Aide : calcule 40 × 0,60, puis complète 30 × … = ton résultat. Divise ce résultat par 30 pour trouver d₂. Vérifie dans la simulation en exploration libre.
40 × 0,60 = 24 N·m. d₂ = 24 ÷ 30 = 0,80 m.
Objectif de réussite : chaque élève sait dire, en s'appuyant sur un essai, qu'éloigner la main du pivot permet de réduire la force nécessaire. La résolution d'une équation n'est pas un prérequis ; le calcul de distance inconnue reste facultatif.
55 minutes : lire le contexte et repérer les deux actions sur le schéma (0–10 min), prévision individuelle puis test guidé (10–20 min), recherche d'équilibre et échange des rôles (20–30 min), tableau de comparaison (30–40 min), calculs accompagnés et conclusion (40–55 min). La durée est une estimation à ajuster à la classe.
Matériel : une fiche par élève, un appareil connecté par binôme. Un élève manipule, l'autre relève ; échanger à la question 3. En projection seule, faire écrire les prévisions avant qu'un binôme dicte les réglages.
Prérequis et aides : savoir comparer 20 et 60 et lire 0,50 m et 1,50 m. Expliquer « pivot » avec le schéma et rappeler que le newton mesure une force. Faire verbaliser « la pièce appuie sur le levier » et « la main pousse ». Le logiciel affiche la relation : on cherche à lui donner du sens, pas à faire deviner une loi sans aide.
Transitions à surveiller : au début de la question 3, utiliser le bouton qui prépare automatiquement le tableau. Exiger une prévision avant chaque recherche pour éviter un simple réglage « jusqu'au vert ». À la question 4, le produit 60 × 0,50 est donné ; demander aux élèves ce qu'ils comparent avant de nommer le moment.
Modèle : levier rigide de masse négligée, pivot fixe sans frottement. Sa réaction est une troisième action, de moment nul autour du pivot, non représentée sur le schéma. Les forces sur la barre sont verticales ; les bras de levier indiqués valent dans la position horizontale de référence. L'inclinaison de l'animation signale un sens de rotation, pas un angle calculé. La force de contact F₁ est donnée, sans l'assimiler au poids total d'une pièce encore partiellement appuyée au sol.
Équilibre et soulèvement : l'activité cherche la condition d'équilibre. Pour commencer à soulever la pièce, le moment de la main doit devenir supérieur. Il s'agit d'un modèle pédagogique, pas de consignes de manutention réelle.
Solution de repli : si le réseau manque, fournir les trois couples (0,50 m ; 60 N), (1,00 m ; 30 N), (1,50 m ; 20 N) comme résultats simulés. Les élèves les comparent et expliquent ; cela ne remplace pas les essais prévus.
Sources et suite : programme de Première Bac Pro, groupement 3, équilibre autour d'un axe fixe ; référentiel du technicien menuisier agenceur, statique et manutention. Données pédagogiques construites. Poursuivre par les §2 à §4 du cours, puis un levier réel. Cette découverte numérique ne couvre pas à elle seule les capacités expérimentales du module.