Chapitre 6 – Forces et équilibre | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:30
Léo, installateur de panneaux photovoltaïques et d'unités de pompe à chaleur (PAC), doit fixer un panneau solaire sur une console métallique. Il veut vérifier que les fixations choisies sont assez solides pour maintenir le panneau en équilibre.
Les deux flèches ont la même longueur et des sens opposés : le panneau est en équilibre.
Fais l'inventaire des forces qui s'exercent sur le panneau immobile. Pour chacune, précise l'objet qui l'exerce et son sens (à l'aide du Document 1).
Deux forces s'exercent sur le panneau :
• le poids \(\vec{P}\), exercé par la Terre, vertical et dirigé vers le bas ;
• la réaction des fixations \(\vec{R}\) (réaction du support), exercée par la console et les chevilles, verticale et dirigée vers le haut.
Calcule la valeur du poids \(P\) du panneau avec la relation \(P = m \times g\) (m = 21 kg, g = 9,81 N/kg). Arrondis au newton.
\(P = m \times g = 21 \times 9{,}81 = 206{,}01 \approx \mathbf{206\ N}\).
Représente les deux forces sur un schéma simple du panneau. Précise leur direction et leur sens (inspire-toi du Document 1).
Les deux forces sont verticales et de sens opposés : le poids \(\vec{P}\) part du centre du panneau vers le bas, la réaction \(\vec{R}\) part du panneau vers le haut. Comme le panneau est en équilibre, les deux flèches ont la même longueur (même valeur).
Le panneau est immobile, donc en équilibre. En utilisant la condition d'équilibre de deux forces, donne la valeur de la réaction totale \(R\) exercée par les fixations.
À l'équilibre, \(\vec{P} + \vec{R} = \vec{0}\) : les deux forces ont la même droite d'action, la même valeur et des sens opposés. Donc la réaction totale des fixations compense exactement le poids : \(R = P = \mathbf{206\ N}\).
La réaction totale (206 N) est répartie également sur les 2 fixations. Calcule l'effort supporté par chaque fixation.
\(206 \div 2 = \mathbf{103\ N}\) par fixation.
Chaque fixation supporte au maximum 150 N. Les fixations choisies par Léo sont-elles suffisantes ? Justifie.
Chaque fixation supporte \(103\) N alors que sa limite est \(150\) N. Comme \(103 < 150\), les fixations conviennent : la pose est sécurisée (il reste même une marge de sécurité).
Léo doit maintenant fixer une unité extérieure de PAC plus lourde, de masse m = 40 kg, toujours sur 2 fixations de 150 N. Calcule son poids, l'effort par fixation, et conclus.
Poids : \(P = 40 \times 9{,}81 = 392{,}4 \approx \mathbf{392\ N}\).
Effort par fixation : \(392 \div 2 = \mathbf{196\ N}\).
Comme \(196 > 150\), chaque fixation serait en surcharge : 2 fixations ne suffisent pas. Il faut prévoir plus de fixations (par exemple 4 : \(392 \div 4 = 98\) N < 150 N) ou des fixations plus résistantes.
Rédige une courte note technique pour Léo : forces en jeu sur le panneau, effort par fixation et conclusion sur la sécurité de la pose.
Note technique — pose du panneau solaire (m = 21 kg)
Forces sur le panneau : poids \(\vec{P}\) (vers le bas) et réaction des fixations \(\vec{R}\) (vers le haut).
Poids : \(P = 21 \times 9{,}81 \approx 206\) N. À l'équilibre, \(R = P = 206\) N.
Réparti sur 2 fixations : \(206 \div 2 = 103\) N par fixation.
\(103\) N < 150 N admissibles → les fixations conviennent, la pose est sécurisée.
Léo se demande quel serait le poids de ce même panneau (m = 21 kg) s'il l'installait en altitude, en montagne. La masse change-t-elle ? Le poids change-t-il vraiment ?
La masse ne dépend pas du lieu : elle reste \(m = 21\) kg partout. Sur Terre, \(g\) varie très peu (de l'ordre de \(9{,}81\) N/kg), donc le poids reste pratiquement le même : \(P \approx 206\) N. On peut donc garder le même calcul de fixations en plaine comme en montagne.
Réponse à la problématique : deux forces s'exercent sur le panneau (le poids \(\vec{P}\) vers le bas et la réaction des fixations \(\vec{R}\) vers le haut). À l'équilibre, \(R = P = 206\) N, soit 103 N par fixation : c'est inférieur aux 150 N admissibles, donc la pose est sécurisée.
📚 Cette activité s'appuie sur le poids, la réaction du support et la condition d'équilibre (leçon Ch06 — Forces et équilibre).
Source : valeurs réalistes de pose de panneaux photovoltaïques et d'unités de pompe à chaleur (masse d'un panneau ≈ 18–25 kg, charge admissible par cheville/fixation selon le matériau du support).