Machines simples - Leviers

Les machines simples sont des dispositifs mécaniques qui sont utilisés pour faciliter le travail. Les combinaisons de deux ou plusieurs machines simples fonctionnant ensemble sont appelées machines composées. Ces machines créent des systèmes permettant à différents types de mouvements de se produire lorsqu’une force est appliquée à une charge. Les machines simples et les machines composées facilitent le travail en modifiant l’ampleur ou la direction de la force. Il existe six types standard de machines simples. Ce sont les suivantes :

Levier
Roue et essieu
Poulie
Plan incliné
Corde
Visque

Envisageons la première de ces machines simples : le levier.

Alerte à la fausse idée

Lorsque vous entendez le mot « machine », pensez-vous automatiquement à quelque chose avec un moteur, comme un chariot élévateur ou une machine à laver ? Les machines ne sont pas nécessairement dotées de moteurs. En fait, une machine est tout dispositif qui transmet ou modifie la force.

Qu’est-ce qu’un levier ?

Un levier est une machine simple composée d’une poutre rigide et d’un point d’appui. L’effort (force d’entrée) et la charge (force de sortie) sont appliqués à chaque extrémité de la poutre. Le point d’appui est le point sur lequel la poutre pivote. Lorsqu’un effort est appliqué à une extrémité du levier, une charge est appliquée à l’autre extrémité du levier. Cela déplace une masse vers le haut. Le fonctionnement des leviers repose sur le couple. Le couple est la quantité de force nécessaire pour faire tourner un objet autour de son axe (ou point de pivot).

Qu’est-ce que l’avantage mécanique ?

Un levier offre un avantage mécanique. L’avantage mécanique fait référence à la mesure dans laquelle une machine simple multiplie une force appliquée. L’emplacement de l’effort, de la charge et du point d’appui déterminera le type de levier et la quantité d’avantage mécanique de la machine. Plus l’effort est éloigné du point d’appui, plus il est facile de déplacer la charge.

L’avantage mécanique peut être calculé à l’aide de cette formule :

L'avantage mécanique est égal au rapport entre l'effort et la charge ainsi qu'entre la distance de l'effort au point d'appui et la distance de la charge au fulcrum — L’avantage mécanique est égal au rapport de l’effort à la charge ainsi qu’à la distance de l’effort au fulcrum à la distance de la charge au fulcrum (©2020 Parlons Sciences).

Si la distance entre l’effort et le point d’appui est supérieure à la distance entre la charge et le point d’appui, alors le levier présente un avantage mécanique. En d’autres termes, le rapport entre ces deux distances est supérieur à un. Cela signifie qu’une longue distance entre l’effort et le point d’appui et une courte distance entre la charge et le point d’appui permettront à un petit effort de déplacer une grande charge !

Parties basiques d'un levier montrant les emplacements de la poutre, du point d'appui, de l'effort et de la charge — Parties basiques d’un levier montrant les emplacements de la poutre, du point d’appui, de l’effort et de la charge (© 2019 Parlons Sciences).

Les leviers de première classe

Il existe trois types, ou classes, de leviers.

Dans un levier de première classe, le point d’appui est situé entre la charge et l’effort.

Si le point d’appui est plus proche de la charge, alors moins d’effort est nécessaire pour déplacer la charge sur une plus courte distance. Si le point d’appui est plus proche de l’effort, un effort plus important est nécessaire pour déplacer la charge sur une plus grande distance. Une bascule, un cric de voiture et un pied-de-biche sont tous des exemples de leviers de première classe. Les leviers de première classe sont très utiles pour soulever de grandes charges avec peu d’effort.