QCM : Adhérence et frottement mécaniques — 13 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle situation correspond à l’adhérence entre deux surfaces en contact ?

Elles se séparent progressivement sous l’effet d’une force normale.
Elles glissent l’une par rapport à l’autre avec une vitesse constante.
Elles se déplacent dans la même direction sans exercer de réaction.
Elles tendent à glisser, mais restent immobiles l’une par rapport à l’autre.

Elles tendent à glisser, mais restent immobiles l’une par rapport à l’autre.

Explication

L’adhérence désigne une tendance au glissement qui ne produit pas de déplacement relatif entre les surfaces. Le frottement, en revanche, accompagne le glissement effectif des surfaces.

2. Dans quelle situation le frottement apparaît-il entre deux surfaces ?

Lorsque les surfaces restent immobiles malgré une tendance au glissement.
Lorsque les surfaces ne sont soumises à aucune force extérieure.
Lorsque les surfaces perdent tout contact au cours du mouvement.
Lorsque les surfaces glissent l’une par rapport à l’autre.

Lorsque les surfaces glissent l’une par rapport à l’autre.

Explication

Le frottement apparaît lorsque deux surfaces en contact se déplacent ou glissent l’une par rapport à l’autre. L’immobilité relative malgré une tendance au glissement caractérise plutôt l’adhérence.

3. Lorsqu’une poussée latérale augmente progressivement sur un colis horizontal, quelle évolution décrit correctement les phases du mouvement ?

Glissement uniforme, repos, adhérence, puis glissement accéléré.
Adhérence, repos, glissement accéléré, puis arrêt progressif.
Repos, glissement accéléré, adhérence, puis glissement à vitesse uniforme.
Repos, adhérence, glissement à vitesse uniforme, puis glissement accéléré.

Repos, adhérence, glissement à vitesse uniforme, puis glissement accéléré.

Explication

L’augmentation de la poussée conduit d’abord au repos, puis à l’adhérence, avant le glissement à vitesse uniforme lorsque F=f.NF=f.N, et enfin au glissement accéléré lorsque F>f.NF>f.N. Les autres séquences inversent l’ordre physique des régimes.

4. Un colis reste immobile sur un plan horizontal tandis qu’une poussée latérale augmente sans dépasser la limite d’adhérence. Quelle relation décrit la force tangentielle d’adhérence ?

Elle équilibre la poussée selon aT=Fa_T=F, tandis que N=PN=P.
Elle augmente le mouvement selon aT>Fa_T>F, tandis que N>PN>P.
Elle annule le poids selon aT=Pa_T=P, tandis que N=FN=F.
Elle accompagne le glissement selon T=f.NT=f.N, tandis que N<PN<P.

Elle équilibre la poussée selon $$a_T=F$$, tandis que $$N=P$$.

Explication

En adhérence, la force tangentielle s’ajuste pour équilibrer la poussée, ce qui donne aT=Fa_T=F, et la réaction normale reste égale au poids, N=PN=P. La relation T=f.NT=f.N décrit la force de frottement lors du glissement.

5. Quelle relation permet de déterminer le coefficient de frottement statique à partir de la force tangentielle limite et de la réaction normale ?

fS=TlimiteNf_S=\frac{T_{\mathrm{limite}}}{N}
fS=NTlimitef_S=\frac{N}{T_{\mathrm{limite}}}
fS=Tlimite+Nf_S=T_{\mathrm{limite}}+N
fS=Tlimite−Nf_S=T_{\mathrm{limite}}-N

$$f_S=\frac{T_{\mathrm{limite}}}{N}$$

Explication

Le coefficient de frottement statique est le rapport entre la force tangentielle limite et la réaction normale, soit fS=TlimiteNf_S=\frac{T_{\mathrm{limite}}}{N}. L’inversion du rapport ne correspond pas à la définition de ce coefficient.

6. Une caisse se trouve sur un plan incliné d’angle α\alpha inférieur à l’angle de frottement φ\varphi. Quel est son comportement ?

Elle descend à vitesse constante sur le plan.
Elle remonte avec une vitesse qui augmente.
Elle descend avec une vitesse qui augmente.
Elle reste en équilibre sur le plan.

Elle reste en équilibre sur le plan.

Explication

Lorsque α<φ\alpha<\varphi, l’adhérence suffit à empêcher la caisse de glisser et celle-ci reste en équilibre. Une accélération vers le bas correspond à la situation où α>φ\alpha>\varphi.

7. Que se passe-t-il pour une caisse sur un plan incliné lorsque α=φ\alpha=\varphi ?

Elle reste immobile avec T=0T=0 et N=PN=P.
Elle descend à vitesse constante avec T=f.NT=f.N et N=Pcos⁡(α)N=P\cos(\alpha).
Elle remonte à vitesse constante avec T=f.PT=f.P et N=PN=P.
Elle descend avec une vitesse accélérée et N=Psin⁡(α)N=P\sin(\alpha).

Elle descend à vitesse constante avec $$T=f.N$$ et $$N=P\cos(\alpha)$$.

Explication

À l’égalité des angles, la caisse descend à vitesse constante, avec une force de frottement T=f.NT=f.N et une réaction normale N=Pcos⁡(α)N=P\cos(\alpha). La descente accélérée apparaît lorsque l’angle d’inclinaison dépasse l’angle de frottement.

8. Une caisse glisse sur un plan incliné avec α>φ\alpha>\varphi. Quelle description est correcte ?

Elle descend avec une vitesse accélérée et N=Pcos⁡(α)N=P\cos(\alpha).
Elle descend à vitesse constante et N=PN=P.
Elle remonte avec une vitesse accélérée et N=Pcos⁡(φ)N=P\cos(\varphi).
Elle reste en équilibre et N=Psin⁡(α)N=P\sin(\alpha).

Elle descend avec une vitesse accélérée et $$N=P\cos(\alpha)$$.

Explication

Lorsque α>φ\alpha>\varphi, la composante du poids entraîne une descente accélérée, tandis que la réaction normale vaut N=Pcos⁡(α)N=P\cos(\alpha). La vitesse constante correspond au cas limite α=φ\alpha=\varphi.

9. De quels paramètres les coefficients de frottement et les angles associés dépendent-ils principalement ?

De l’intensité des efforts, de la surface et de la masse totale
De la pression atmosphérique, de la couleur et de la durée du contact
De la forme globale des pièces, de leur volume et de leur température
De la nature des matériaux, de la rugosité et de la vitesse relative

De la nature des matériaux, de la rugosité et de la vitesse relative

Explication

Ces grandeurs dépendent surtout des matériaux en contact, de la rugosité des surfaces et de la vitesse relative de déplacement. L’intensité des efforts et l’étendue des surfaces ne sont pas les facteurs déterminants indiqués ici.

10. Quelle description distingue correctement le cône de frottement du cône d’adhérence au point de contact A ?

Le cône de frottement a le demi-angle φS, tandis que le cône d’adhérence a le demi-angle φ
Le cône de frottement a le demi-angle φ, tandis que le cône d’adhérence a le demi-angle φS
Le cône de frottement est défini par le plan tangent, tandis que l’autre est défini par la normale
Les deux cônes ont le même demi-angle φ et diffèrent par leur sommet

Le cône de frottement a le demi-angle φ, tandis que le cône d’adhérence a le demi-angle φS

Explication

Le cône de frottement est un cône de sommet A, d’axe normal au contact et de demi-angle φ, tandis que le cône d’adhérence utilise φS. La confusion fréquente consiste à intervertir ces deux angles.

11. Une force tangentielle agit sur un contact sans provoquer de mouvement : quelle condition décrit l’adhérence ?

La force tangentielle est nulle et la résultante se place sur le cône de frottement
La force tangentielle suit le mouvement éventuel et vérifie aT=fNa_T = fN
La force tangentielle s’oppose au mouvement éventuel et vérifie aT≤fSNa_T \leq f_S N
La force tangentielle s’oppose à la vitesse de glissement et vérifie T=fNT = fN

La force tangentielle s’oppose au mouvement éventuel et vérifie $$a_T \leq f_S N$$

Explication

En adhérence, aucun mouvement ne se produit, mais la force d’adhérence peut s’opposer à un mouvement éventuel et reste limitée par aT≤fSNa_T \leq f_S N. La relation T=fNT=fN concerne le frottement avec glissement, pas l’adhérence.

12. Comment reconnaît-on un équilibre limite dans le modèle de Coulomb ?

La résultante atteint le cône de frottement et vérifie α=φ\alpha=\varphi ainsi que T=fNT=fN
La résultante reste à l’intérieur du cône d’adhérence et vérifie α<φS\alpha<\varphi_S ainsi que aT<fSNa_T<f_S N
La résultante quitte le cône d’adhérence et la force tangentielle devient nulle
La résultante atteint la surface du cône d’adhérence et vérifie α=φS\alpha=\varphi_S ainsi que aT=fSNa_T=f_S N

La résultante atteint la surface du cône d’adhérence et vérifie $$\alpha=\varphi_S$$ ainsi que $$a_T=f_S N$$

Explication

À l’équilibre limite, le contact adhère encore, mais la résultante se trouve sur la surface du cône d’adhérence, avec égalité des deux conditions limites. L’équilibre strict correspond au contraire à une résultante située à l’intérieur du cône.

13. Lorsqu’un contact glisse à vitesse connue, dans quelle direction agit la force de frottement ?

Elle est dirigée comme la vitesse de glissement et vérifie T=fSNT=f_S N
Elle est normale au contact et vérifie T=fNcos⁡(φ)T=fN\cos(\varphi)
Elle est opposée au mouvement éventuel et vérifie aT≤fSNa_T\leq f_S N
Elle est opposée à la vitesse de glissement et vérifie T=fNT=fN

Elle est opposée à la vitesse de glissement et vérifie $$T=fN$$

Explication

En présence de glissement, la force de frottement s’oppose à la vitesse de glissement et sa norme respecte T=fNT=fN, tandis que la résultante est sur le cône de frottement. La force d’adhérence s’oppose plutôt à un mouvement éventuel avant le glissement.

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Qu'est-ce que le frottement entre deux surfaces en contact ?

Le frottement apparaît lors du déplacement ou glissement relatif des surfaces.

Qu'impose l'adhérence entre deux surfaces en contact ?

Les surfaces tendent à glisser mais restent immobiles.

Quelle est la relation entre la résultante normale N et le poids P pour un colis immobile ?

N et P sont égaux et opposés.

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