Chapitre 6 – Forces et équilibre | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
David, technicien d'agencement chez Bois & Cie 60 à Beauvais, doit aménager une rampe d'accès pour décharger les panneaux livrés sur palette. Le quai du camion est à 1,20 m du sol. David peut prévoir une rampe de 2 m, 3 m, 4 m ou 6 m de longueur. Il doit choisir la plus efficace pour faire glisser des palettes de 200 kg avec un transpalette manuel.
Le poids P se décompose : P_⊥ (perpendiculaire à la rampe, supportée par le sol) et P_∥ (parallèle à la rampe, à vaincre pour faire monter).
Calculer le poids P d'une palette de 200 kg.
P = 200 × 9,81 = 1 962 N (≈ 2 kN).
Pour les 4 longueurs de rampe possibles (h = 1,20 m), calculer l'angle α et la force parallèle au plan (P × sin α).
| L (m) | sin α = h/L | α (°) | P_∥ = P × sin α |
|---|---|---|---|
| 2,0 | 1,2/2 = 0,60 | 36,9° | 1 962 × 0,60 = 1 177 N (≈ 120 kg) |
| 3,0 | 1,2/3 = 0,40 | 23,6° | 1 962 × 0,40 = 785 N (≈ 80 kg) |
| 4,0 | 1,2/4 = 0,30 | 17,5° | 1 962 × 0,30 = 589 N (≈ 60 kg) |
| 6,0 | 1,2/6 = 0,20 | 11,5° | 1 962 × 0,20 = 392 N (≈ 40 kg) |
Sans rampe, soulever directement la palette demanderait F = P = 1 962 N (≈ 200 kg).
a) Que représente la rampe en termes d'effort ?
b) Quelle est la rampe la plus « efficace » ? Pourquoi ne choisit-on pas tout le temps une rampe très longue ?
a) La rampe permet de réduire la force à fournir en allongeant la distance. Avec une rampe de 6 m, on doit fournir 5 fois moins de force qu'en soulevant directement (392 N vs 1 962 N).
b) La rampe la plus longue (6 m) demande le moins d'effort. Mais :
Compromis usuel : 8 à 10 % de pente (sin α ≈ 0,08 à 0,10), ce qui est plus long que 6 m mais très confortable.
En réalité, il y a des frottements. Le coefficient de frottement transpalette/sol est μ = 0,05 (roues caoutchouc sur acier).
Calculer la force totale à fournir pour pousser sur une rampe de 4 m :
F = P × sin α + μ × P × cos α
α = 17,5° → sin α = 0,30, cos α = 0,954.
F = 1 962 × 0,30 + 0,05 × 1 962 × 0,954 = 589 + 94 = 683 N (≈ 70 kg).
Les frottements ajoutent ≈ 16 % à la force « théorique » sans frottement.
La force qu'un homme peut pousser horizontalement de manière prolongée est d'environ 30 kg (≈ 300 N) — recommandation INRS.
Avec une force de 30 kg max, quelle rampe peut-on utiliser pour la palette ?
Pour F ≤ 300 N (sans frottement) :
Aucune rampe seule ne permet à 1 personne de monter cette palette. Solutions : à 2 personnes, ou utiliser un transpalette électrique.
La norme PMR (personnes à mobilité réduite) impose une pente maximale de 5 % (sin α ≈ 0,05).
Calculer la longueur de rampe nécessaire pour respecter cette norme avec h = 1,20 m. Une telle rampe est-elle envisageable dans l'atelier ?
Pente 5 % = sin α = 0,05 → L = h / sin α = 1,20 / 0,05 = 24 m.
24 m est trop long pour un atelier classique (ferait toute la longueur du quai de chargement). Pour les locaux pro, on tolère 8 à 12 % en pente. La norme 5 % concerne les ERP avec accueil de PMR (rampes d'accès aux bâtiments publics).
David choisit la rampe de 4 m. Pour faciliter le travail, il achète un transpalette électrique 24 V (capacité 1 500 kg, force motrice 1 500 N).
Vérifier que le transpalette peut monter une palette de 200 kg sur cette rampe (avec frottements).
Force nécessaire (calculée Q4) : 683 N. Force motrice du transpalette : 1 500 N.
1 500 > 683 → OK ✔. Le transpalette monte la palette sans difficulté, avec une marge de plus du double.
Rédiger le bordereau de validation de l'aménagement, en précisant : longueur de rampe choisie, pente, force max requise, équipement, conformité norme.
Aménagement quai de chargement — Bois & Cie 60
• Hauteur quai : 1,20 m · Longueur rampe : 4,00 m · Pente : 30 % (17,5°)
• Charge max prévue : palette 200 kg
• Force motrice nécessaire : 683 N (avec frottement μ = 0,05)
• Équipement : transpalette électrique 24 V (capa. 1 500 N) — interdit en pousser manuel seul
• Conformité : pente non-PMR (utilisation pro uniquement, pas d'accès public).
Le travail effectué pour monter la palette de 200 kg jusqu'à 1,20 m est : W = P × h. Calculer ce travail. Comparer aux énergies suivantes : 1 calorie d'eau (4,18 J), 1 ampoule LED 10 W pendant 1 h.
W = 1 962 × 1,20 = 2 354 J (joules).
Comparaison :
L'énergie mécanique nécessaire est faible comparée à celle d'un appareil ménager. Mais elle doit être délivrée à la bonne intensité : c'est la force qui pose problème, pas l'énergie totale.
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (Notion de force), §2 (Le poids) et §7 (Équilibre sur plan incliné) de la leçon Ch06.