MÉCANIQUE GÉNÉRALE – 1ÈRE ANNÉE – OPTION MÉCANIQUE GÉNÉRALE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

Préliminaires

1. Objectifs Généraux du Cours

[cite_start]Ce cours a pour objectif d’initier les élèves aux notions fondamentales de la mécanique, en leur fournissant une compréhension simple et directe des principes qui régissent le mouvement et l’équilibre des corps[cite: 23]. [cite_start]Il vise à construire une base de connaissances conceptuelles et pratiques, permettant aux futurs techniciens de comprendre le fonctionnement des mécanismes simples qu’ils manipulent en atelier[cite: 24]. L’enseignement est conçu pour développer le raisonnement technique et la capacité à appliquer des formules simples à des problèmes concrets.

2. Compétences Visées

Au terme de cette année d’apprentissage, l’élève doit manifester sa capacité à :

• [cite_start]Différencier les types de mouvement et analyser les mouvements rectilignes et circulaires uniformes[cite: 42, 43, 44].
• [cite_start]Appliquer les formules de la cinématique pour calculer des vitesses, des accélérations et des distances[cite: 43, 46].
• [cite_start]Déterminer graphiquement la résultante de systèmes de forces simples[cite: 70].
• [cite_start]Calculer le moment d’une force et d’un couple[cite: 72, 73].
• [cite_start]Appliquer le principe fondamental de la dynamique pour lier force, masse et accélération[cite: 53].
• [cite_start]Calculer le travail, la puissance et l’énergie dans des situations de translation et de rotation[cite: 56, 60, 64].
• [cite_start]Identifier et calculer les effets des résistances passives comme le frottement[cite: 63].
• [cite_start]Expliquer le principe de la force centrifuge et ses applications courantes[cite: 66].

3. Approche Pédagogique

[cite_start]La méthode d’enseignement repose sur une approche inductive et pragmatique, où chaque concept découle d’observations du quotidien, d’exemples tirés de l’atelier ou d’expériences simples réalisées en classe[cite: 30]. Les lois physiques sont introduites à travers des situations concrètes, telles que l’analyse de la vitesse d’un véhicule sur l’axe Kinshasa-Matadi, l’étude des forces dans un système de levage au port de Boma, ou la compréhension des transmissions de puissance dans les machines agricoles de la plaine de la Ruzizi. [cite_start]L’accent est mis sur la résolution d’un grand nombre d’exercices d’application directe, favorisant le calcul mental et la manipulation aisée des formules, plutôt que sur des problèmes numériques complexes[cite: 32, 33].

4. Matériel Didactique Requis

L’assimilation efficace des concepts de ce cours nécessite un équipement didactique de base permettant l’expérimentation et la visualisation, notamment :

• Des dynamomètres de différentes capacités pour la mesure des forces.
• Des masses marquées et des supports.
• Des plans inclinés, des poulies et des fils pour l’étude des forces et du travail.
• Des chronomètres et des rubans à mesurer pour les expériences de cinématique.
• Des modèles de transmissions simples (courroies, engrenages, roues de friction).
• Un banc d’expérimentation pour la statique, permettant de vérifier la composition des forces.
• Des objets de formes diverses pour la détermination expérimentale du centre de gravité.

PARTIE I : CINÉMATIQUE – L’ÉTUDE DU MOUVEMENT

[cite_start]Cette partie initiale se consacre à la description du mouvement, sans s’attarder sur les forces qui le provoquent[cite: 35]. L’objectif est de fournir aux élèves les outils mathématiques et graphiques nécessaires pour analyser la trajectoire, la vitesse et l’accélération d’un point mobile. La maîtrise de ces concepts est un prérequis indispensable pour comprendre ensuite les causes et les effets énergétiques du mouvement.

Chapitre 1 : Notions Fondamentales du Mouvement 🚶‍♂️

[cite_start]Ce chapitre d’introduction établit le vocabulaire de base de la cinématique[cite: 42]. Les élèves apprennent à distinguer un corps en mouvement d’un corps au repos par rapport à un référentiel. Les concepts de trajectoire, de position, de distance parcourue et de déplacement sont définis et illustrés. Une classification générale des mouvements (rectiligne, circulaire, curviligne) est présentée, permettant de catégoriser les situations mécaniques simples.

Chapitre 2 : Le Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU) 🚗

Le MRU est le type de mouvement le plus simple, caractérisé par une vitesse constante et une trajectoire en ligne droite. [cite_start]Ce chapitre se concentre sur la relation fondamentale v = d / t[cite: 43]. Les élèves apprennent à calculer la vitesse, la distance ou le temps, et à tracer et interpréter les diagrammes des espaces et des vitesses. [cite_start]Des exemples concrets, comme le déplacement du chariot d’un tour parallèle à l’atelier, ancrent cette notion théorique dans la pratique professionnelle[cite: 30].

Chapitre 3 : Le Mouvement Circulaire Uniforme (MCU) 🎡

Ce chapitre aborde le mouvement de rotation à vitesse constante. [cite_start]Il introduit les différentes manières de quantifier cette vitesse : la vitesse de rotation (en tours/minute), la vitesse angulaire (en radians/seconde) et la vitesse circonférentielle (en mètres/seconde)[cite: 44]. [cite_start]L’élève apprend les formules de conversion entre ces grandeurs, une compétence cruciale pour, par exemple, régler la vitesse de rotation d’une foreuse en fonction du diamètre de la mèche et de la vitesse de coupe recommandée pour un matériau donné[cite: 24].

Chapitre 4 : Le Mouvement Rectiligne Uniformément Varié (MRUV) 🚀

[cite_start]Ce chapitre traite des mouvements où la vitesse change de manière constante : les accélérations et les décélérations (ou mouvements retardés)[cite: 46, 47]. La notion d’accélération est définie et ses unités sont précisées. Les élèves étudient les lois régissant l’évolution de la vitesse et de l’espace en fonction du temps. Les diagrammes de vitesse et d’espace sont également analysés pour visualiser ces mouvements.

Chapitre 5 : Applications de la Cinématique : Chute des Corps et Transmissions ⚙️

[cite_start]Ce chapitre applique les concepts du MRUV à un cas particulier : la chute libre des corps, en étudiant les lois qui la régissent[cite: 48]. Il propose également une première incursion dans le monde des machines en étudiant les transmissions de mouvement par courroies, roues de friction et engrenages. [cite_start]L’objectif se limite ici à l’étude cinématique, c’est-à-dire au calcul du rapport des vitesses de rotation entre l’arbre menant et l’arbre mené[cite: 49].

PARTIE II : STATIQUE – L’ÉTUDE DE L’ÉQUILIBRE

Cette deuxième partie aborde l’étude des forces et des conditions d’équilibre des corps. Bien que le programme national la place en troisième position, elle est présentée ici de manière pédagogique avant la dynamique. La compréhension des forces à l’état de repos constitue une base logique plus solide avant d’étudier comment ces mêmes forces provoquent le mouvement.

Chapitre 6 : Le Concept de Force et sa Représentation Vectorielle 💪

[cite_start]Ce chapitre introduit la notion de force comme toute cause capable de déformer un corps ou de modifier son état de repos ou de mouvement[cite: 68]. [cite_start]L’élève apprend à caractériser une force par ses quatre éléments : point d’application, direction, sens et intensité (mesurée en Newtons)[cite: 38, 68]. La représentation vectorielle d’une force est étudiée comme un outil graphique indispensable pour analyser les systèmes mécaniques.

Chapitre 7 : Composition des Forces Concourantes et Parallèles ⚖️

Un corps est souvent soumis à plusieurs forces simultanément. Ce chapitre enseigne les méthodes graphiques pour déterminer la force unique, appelée résultante, qui produit le même effet que toutes les autres forces combinées. [cite_start]L’étude porte sur les forces concourantes (dont les lignes d’action se croisent) et les forces parallèles (de même sens ou de sens contraires)[cite: 70, 71]. La décomposition d’une force en deux composantes est également abordée.

Chapitre 8 : Le Moment d’une Force et la Notion de Couple 🔩

[cite_start]Ce chapitre introduit l’aptitude d’une force à provoquer la rotation d’un corps autour d’un axe, une notion appelée moment d’une force[cite: 72]. L’élève apprend à calculer la valeur d’un moment, qui dépend de l’intensité de la force et de sa distance à l’axe (le bras de levier). [cite_start]La notion de couple, constituée de deux forces parallèles, de sens opposés et d’intensité égale, est ensuite définie comme un système créant une rotation pure[cite: 73].

Chapitre 9 : Le Centre de Gravité et les Conditions d’Équilibre 🧘

[cite_start]Le centre de gravité est défini comme le point d’application de la force de pesanteur (le poids) d’un corps[cite: 74]. L’élève apprend à le déterminer expérimentalement pour des objets simples. Ce chapitre se conclut par l’énoncé des conditions générales d’équilibre d’un solide, qui requièrent que la somme des forces et la somme des moments soient nulles. Ces principes sont fondamentaux pour assurer la stabilité des structures, des machines ou des chargements, une préoccupation constante pour la sécurité dans l’industrie.

PARTIE III : DYNAMIQUE – L’ÉTUDE DES CAUSES DU MOUVEMENT

Cette dernière partie établit le lien entre les forces (étudiées en statique) et le mouvement (décrit en cinématique). Elle explore les lois fondamentales qui régissent la relation entre la cause (force) et l’effet (accélération), et introduit les concepts essentiels de travail, de puissance et d’énergie pour analyser les systèmes mécaniques d’un point de vue énergétique.

Chapitre 10 : Le Principe Fondamental de la Dynamique et la Notion de Masse ന്യ

[cite_start]Ce chapitre présente la loi la plus importante de la mécanique : la relation fondamentale de la dynamique (F = m × a)[cite: 53]. Elle établit que l’accélération d’un corps est proportionnelle à la force qui lui est appliquée et inversement proportionnelle à sa masse. [cite_start]La notion de masse, en tant que mesure de l’inertie d’un corps (sa résistance au changement de mouvement), est ici clarifiée[cite: 51, 52]. [cite_start]Les unités de force (Newton) et de masse (kilogramme) sont définitivement consolidées[cite: 54].

Chapitre 11 : Le Travail, la Puissance et les Résistances Passives ⚡

Ce chapitre analyse le mouvement sous l’angle de l’effort fourni. [cite_start]Le travail mécanique est défini comme le produit d’une force par le déplacement de son point d’application[cite: 56]. [cite_start]La puissance, quant à elle, représente le travail fourni par unité de temps[cite: 60]. [cite_start]L’étude se poursuit avec les résistances passives, notamment la résistance au glissement (frottement), en définissant le coefficient de frottement et les lois qui le régissent, un facteur déterminant pour l’efficacité des transmissions de puissance ou la conception des systèmes de freinage[cite: 63].

Chapitre 12 : L’Énergie Mécanique : Cinétique et Potentielle 🔋

Ce chapitre introduit l’énergie comme la capacité d’un système à produire un travail. [cite_start]L’élève apprend à distinguer et à calculer deux formes d’énergie mécanique : l’énergie cinétique, liée à la vitesse d’un corps, et l’énergie potentielle, liée à sa position en hauteur[cite: 64, 65]. Le principe de la conservation de l’énergie totale est présenté comme un outil puissant pour analyser l’évolution d’un système mécanique, comme la transformation de l’énergie potentielle de l’eau en énergie cinétique dans une centrale hydroélectrique.

Chapitre 13 : La Force Centrifuge et ses Applications 🔄

Lorsqu’un corps est en mouvement circulaire, il est soumis à une force qui tend à l’éloigner du centre de rotation. [cite_start]Ce chapitre définit cette force, appelée force centrifuge, et donne la formule pour en calculer la valeur[cite: 66]. Plusieurs applications technologiques qui découlent de ce principe sont présentées, telles que les régulateurs de vitesse, les essoreuses, ou encore les embrayages centrifuges utilisés sur de petites motorisations, illustrant comment un principe de dynamique trouve des applications directes dans la conception de machines.

Annexes

Cette section regroupe un ensemble de documents de référence conçus pour faciliter le travail de l’élève. Elle contient un formulaire récapitulant les principales formules de cinématique, de statique et de dynamique abordées durant l’année. Un tableau présentant les coefficients de frottement pour différents couples de matériaux en contact y est également inclus, ainsi qu’un glossaire définissant de manière concise les termes techniques essentiels (vecteur, scalaire, moment, inertie, etc.). Ces annexes servent d’aide-mémoire permanent, permettant à l’élève de retrouver rapidement une information précise lors de la résolution d’exercices.