Espace dédié aux cours, travaux dirigés et activités pratiques des élèves Terminale SI

Année scolaire 2020-2021

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Projet Interdisciplinaire SI

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Olympiades des Sciences de l'ingénieur

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Boite à outils

item13

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Séquence "Enseignement en distanciel Terminale Sciences de l'ingénieur"
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités
Je vous propose pour commencer l'enseignement en distanciel de travailler sur l'algorithmie. Pour ce faire nous allons nous appuyer sur les excellents tutoriels de Grafikart. Pour illustrer l'algorithmie, Grafikart s'appuie sur le logiciel léger LARP. Je vous demande donc de le télécharger et de l'installer. Le guide complet est aussi disponible mais vous n'en aurez pas besoin pour les activités que je propose. LARP (garanti sans virus) ainsi que son guide Cours

Travail préliminaire : Regarder les vidéos introductives à l'algorithmie sur le site de Grafikart et idéalement reproduire les manipulations à l'aide du logiciel LARP.
Selon les navigateurs, il faut passer sur YouTube sans mettre le plein écran pour pouvoir supprimer la proposition d'abonnement

Décrire le fonctionnement des systèmes
Activités sur l'algorithmie - Utilisation du logiciel LARP

Décrire le fonctionnement des systèmes - TD3 Gestion de la ceinture de sécurité




Décrire le fonctionnement des systèmes - TD4 Gestion automatique d'un store banne en fonction de la vitesse du vent
Activités d'implémentation d'algorithme en C++ (langage Arduino) - Utilisation du simulateur en ligne TinkerCad (anciennement 123d circuit)

Il est vivement conseillé d'installer le logiciel arduino disponible en téléchargement et gratuitement ici

Activité 1 : "Présentation des cartes Arduino"



Activité 2 : "Présentation du simulateur TinkerCad"





Activité 3 : "Structure d’un programme Arduino et utilisation du moniteur série"



Activité 4 : "Les types de variables"








Activité 5 : "Les structures algorithmiques et les tableaux"




Activité 6 : "Les objets et les fonctions"







Activité 7 : "Gestion plafonnier de voiture"


Activité 8 : "Gestion de l'alame de voiture en cas d'effraction"





Activité 9 : "Gestion du risque de verglas"


Activité 10 : "Gestion de la ceinture de sécurité"






Activité 11 : "Reglage du rétroviseur conducteur à l'aide d'un joystick.pdf"








Activité : "Faire d'un portail électrique un objet connecté"

Cette activité est une activité préambulaire à la séquence "Comment les systèmes communiquent-ils entre eux" traitée en terminale










Identification et caractérisation des signaux Plusieurs activités réalisées à l'aide du logiciel OpenModelica vous sont proposées. Il vous faudra donc l'installer. Le lien de téléchargement est fourni dans les activités à réaliser.

Document ressource pour les activités






Activité 1 : Signaux - Régimes transitoires et permanent











Activité 2 : Signaux - Fréquence, Période et Amplitude.











Activité 3 : Signaux - Intérêt des grandeurs efficaces











Activité 4 : Signaux - Grandeurs instantanées, moyennes et efficaces













Séquence "Ai je tout oublié?"
Bilan et révisions de l'année passée, ... et deux "trucs" en plus!
  1. Réaliser les QCM de révision suivant :
  2. Définition des signaux électriques
    Un petit exemple histoire de comprendre ce que l'on fait..
  3. Activité "Flash" Sound Station
  4. Activité "Flash" Enceinte Bluetooth
  5. AP ApneaSafe



Séquence révisions "Identification et caractérisation des signaux et des grandeurs électriques"
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités
Cours "Définition et caractérisation des signaux"





Cours "Identifier et caractériser les grandeurs électriques"
Travail dirigé : Definition et caracterisation des signaux



Travail dirigé : Acquisition et conditionnement de l’information 1



Travail dirigé : Acquisition et conditionnement de l’information 2





Travail dirigé : Etude de la protection contre les surcharges d'un sécateur de vignes





Activité 1.1 : "Caractériser les signaux par leurs formes, valeur moyenne et valeurs efficaces"


Activité 2 : "Identifier les grandeurs efforts dans le domaine électrique sur l’alimentation redressée et filtrée"






Activité 3.1 : "Caractériser les signaux de sortie d'un capteur d'humidité"


Activité 3.2 : "Caractériser les signaux de sortie d'un capteur de niveau"








Activité 4 : "Bathy Thermographe – Etude, modélisation du signal issu du capteur et affichage de la température sur le moniteur série de l'IDE Arduino"
Pour réaliser une partie de cete activité, vous aurez besoin de télécharger et exécuter le logiciel PlotDigitizer





Activité 5 : "Déterminer la tension d'alimentation d'un moteur à courant continu pour satisfaire à une vitesse de montée imposée, à partir d'un modèle multi-physique puis de manière analytique"



Activité 6 : Convertisseur fréquence - tension










Activité 7 : "Vérifier la validité du modèle de l'accumulateur de la voiture Tamiya"



Activité 8 : "Vérifier la validité du modèle du moteur de la voiture Tamiya"


Activité de réinvestissement
Pour le plaisir ...



Sequence "Verifier les performances cinematiques"
Question sociétale Pourquoi personne ne s'évanouit dans les manèges?


Suivez ce lien et remarquez la valeur en G à laquelle le futur pilote s'évanouit..y a encore du boulot!!
Objectif Montrer que l'accélération subie par les passagers ne dépasse pas 6G?
Compétences B2 - Proposer et justifier un modèle
  • associer un modèle à un système ou à un comportement
  • préciser ou justifier les limites de validité du modèle envisagé
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités
Activité 1 - Prévoir les performances cinématiques :
Avant de vous lancer tête baissée dans l'activité, je vous invite à visionner les deux vidéos suivantes.

Un club amateur de modélisme vous demande de prédire les performances de la voiture Tamiya en fonction de différentes configurations.

Activité 2 : Comparaison des performances cinématiques (réelles / modèle) de la voiture électrique Zoé.

Nous souhaitons savoir si les performances cinématiques de la voiture annoncées par le constructeur sont fonction du nombre de passagers.






Activité 3 - SolidWorks : Retour au manège "Maxximum"

A travers cette activité, vous allez utiliser la représentation schématique de SolidWorks couplée à l'analyse de mouvement afin de déterminer la vitesse maximale du bras pour éviter l'évanouissement des personnes présentes dans la nacelle.



Activité 4 - Caractérisation des écarts cinématiques"

Avant de débuter l'une des deux sous-activités proposées il est vivement conseillé de prendre connaissance des vidéos ci-après vous permettant de prendre en main le logiciel Tracker (logiciel d'analyse cinématique ... entre autres!) et d'assimiler le concept de modèle (qu'il soit mathématique, multiphysique ou volumique).

Les ressources nécessaires à la reproduction des tutoriels sont disponibles ci-après :


Passons à présent aux deux sous-activités proposées. Elles s'articulent autour de deux systèmes :

  • La lyre de spectacle
  • La barrière Sympact

Les élèves forment des groupes de trois répartis en îlot et choississent une seule des deux sous-activités suivantes.

Sous-activité 3.1 :

Lyre de spectacle - Caractériser les écarts entre le modèle SolidWorks et le système réel




Sous-activité 3.2 :

Barrière Sympact - Caractériser les écarts entre le modèle SolidWorks et le système réel

Activité de ré-investissement Histoire de se motiver : Porsche 991 Turbo S contre hélicoptère


A partir de la vidéo suivante : 0-333 km/h Porsche 991

  • Déterminer l'accélération moyenne de 0 à 100km/h, de 100 à 200km/h, de 200 à 250km/h et enfin de 250 à 300km/h

  • Estimer par le calcul les vitesses atteintes à chacun des seuils ainsi que la distance parcourue.

Pour aller plus loin..
Pour agrémenter...


Séquence "Comment se comportent les grandeurs effort/flux en dynamique ?"
Question sociétale Comment dimensionner le moteur d'une trappe de cave?

Modélisation en représentation schématique SolidWorks
Objectif
  • Appliquer le principe fondamental de la dynamique (PFD) en vue de déterminer les grandeurs "couple", "force", "vitesse" d'un système dans les régimes transitoires;
  • Utiliser modeleur volumique en modèle de représentation schématique pour déterminer les grandeurs "couple", "force", "vitesse" sur des systèmes complexes;
  • Utiliser un modèle multi-physique pour évaluer l'évolution de des grandeurs effort/flux électrique (tension, courant) liées aux grandeurs effort/flux du domaine mécanique.
Compétences B3 - Résoudre et analyser
  • Etablir de façon analytique les expresssions d'efforts (force, couple) et de flux (vitesse, fréquence de rotation);
  • Traduire de façon analytique le comportement d'un système.
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités

Une partie de ce cours fait l'objet d'un cours manuscrit. Les contenus suivants sont abordés dans cette séquence :







Ressources pour le cours

Formulaire des matrices d'inertie

un peu plus complet ici






Pour agrémenter le cours :

Application du théorème de la résulante dynamique appliqué à une masse en translation :

Application du théorème du moment dynamique appliqué à un cylindre en rotation :

Application du théorème du moment dynamique appliqué à une barrière levante :

TD1 - Principe fondamental de la dynamique (PFD)

Modèles OpenModelica TD1

TD2 - Principe fondamental de la dynamique (PFD) - Cas simples

Modèles OpenModelica TD2

TD3 - Principe fondamental de la dynamique (PFD)

Activité 1 :

La présente activité a pour finalité de vous faire appliquer le principe fondamental de la dynamique dans un cas simple et de comparer les résultats obtenus de manière analytiques avec ceux obtenus par un modèle OpenModelica ainsi que ceux donnés par la vidéo du décollage.





Activité 2 :

La présente activité a pour finalité de vous familiariser avec les relations pouvant exister entre les grandeurs efforts-flux des domaines mécanique et électrique.







Activité 3 :

La présente activité a pour finalité de faire investiguer les élèves autour d'un mécanisme bielle manivelle d'une trappe de cave afin de déterminer si la pose d'un ressort est opportun quant au choix du moteur et de l'énergie consommée.

Activité de ré-investissement ...
Pour aller plus loin.. ...
Notes perso ...


Séquence "Communiquer en réseau TCP / IP"
Question sociétale Comment puis je consulter le web ou relever mes mails depuis un ordinateur ?
Objectif L'objectif de cette séquence est de fournir aux élèves de terminales Scientifiques le vocabulaire et les concepts nécessaires à compréhension du fonctionnement d'un réseau I.P. Les activités avec le logiciel Cisco Packet Tracer leur permettront de mettre en oeuvre des communications au sein d'un réseau local LAN ainsi qu'au travers des routeurs.
Compétences/Connaissances/Capacités
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités
Cours "Architecture / structure des réseaux TCP / IP"





Cours "Adressage IP et masque de sous réseaux"




Cours "Modèles OSI et TCP/IP - Analyse de trame Ethernet"
Cours non abouti ...
Travail dirigé : communiquerEnReseauTcp Ip-TD1



Travail dirigé : Télésurveillance – Réseau de Tolleybus

Travail dirigé : Voies de communication - calculs de débits

Activité : faire communiquer des machines entre réseaux TCP / IP





Sequence "Comment asservir ou réguler les grandeurs physiques"
Question sociétale Comment fonctionne le régulateur de vitesse des automobiles ?
Objectif Comprendre le fonctionnement des systèmes régulés (ou asservis) et différencier un système asservi d'un système non asservi.
Compétences A2 - Analyser le système
  • Décrire les liaisons entre les blocs fonctionnels;
  • Identifier l'organisation structurelle.
A3 - Caractériser les écarts
  • Comparer les résultats simulés avec les exigences du cahier des charges et interpréter les résultats.
B2 - Proposer ou justifier un modèle
  • Associer un modèle à un système ou à son comportement ;
  • Préciser ou justifier les limites de validité du modèle envisagé.
B3 - Résoudre et simuler
  • Choisir et mettre en oeuvre une méthode de résolution ;
  • Simuler tout ou partie d'un système à partir d'un modèle fourni.
Cours pré-requis
Travaux Dirigés
Activités

Cours régulation et asservissement

Pour agrémenter le cours :

Régulation de vitesse d'une voiture- Vi LabView


Régulation de vitesse d'une voiture - Modèle OpenModelica

Rien
Activité 1 : Régulation de vitesse du palan de spectacle

La présente activité a pour finalité de vous familiariser avec la structure PID très utilisée en régulation ou asservissement.

Lors de l'activité on vous demande de réaliser la régulation de vitesse de la charge du palan de spectacle.

Activité de ré-investissement ...
Pour aller plus loin.. ...
Notes perso ...