La machine simple (Sciences & Techniques)

« Dans l'exemple du casse-noix, le travail de départ est représenté par la force que la poignée exerce sur les deux manches qui lesdéplace l'un vers l'autre sur une distance de plusieurs centimètres.

La transmission de cette force se fait, au travers d'unearticulation appelée pivot, aux mâchoires plus courtes de l'autre côté : or, qui dit déplacement plus court de la force dit amplitudeplus élevée de cette même force, puisque le produit de la force par le déplacement (le travail) reste constant par définition.

Ainsi,lorsque l'on serre les manches avec une force de 200 newtons pour les rapprocher d'un centimètre, on communique à la machineun travail de 2 joules (200 N50,01 m = 2 J).

Le point d'articulation du casse-noisettes redistribue ce travail de 2 joules sur unedistance de déplacement moindre, de l'ordre par exemple de 2 mm.

Dans ce cas, on voit donc que la force qui s'exerce sur lanoisette vaut maintenant 1000 newtons (2 J divisé par 0,002 m).

En transformant les 200 newtons (force appliquée par la mainau départ) en 1000 newtons, le casse-noix a permis de multiplier la force initiale de la poignée par un facteur 5. Un casse-noix se compose de deux leviers pivotant autour d'un point commun.

L'effort (la force développée par le poignet) estappliqué aux extrémités des deux manches ; la noix est placée entre les manches à proximité du pivot, où la force est concentrée.Les ciseaux utilisent le même principe.

D'autres machines simples utilisent le principe du levier différemment, par exemple poursoulever des charges.

Comme dans toutes les machines à levier, c'est le rapport de la longueur du manche (où s'applique l'effort initial) à celle du bras qui soulève la charge, de l'autre côté du pivot, qui définit l'avantage mécanique obtenu. La roue, une invention ancienne L'invention de la roue remonte probablement à quelque 3000 ans av.

J.-C.Certains auteurs laissent entendre qu'un potier l'auraitcréée en s'en servant pour façonner un vase d'argile. On a adapté la roue aux chariots, unique moyen de transport alors employé.Elle permet de réduire de façon notable la friction,par rapport aux patins que possédaient autrefois les chars, et elle résiste mieux au transport des charges.

Le document le plusancien représentant la roue est l' Étendard d'Ur , une tablette d'argile sur laquelle les scribes sumériens ont représenté des combattants montés sur un char de guerre aux roues pleines.

Très vite, l'usage de la roue ne s'est plus limité aux transports civilsou guerriers.En effet, à partir de la roue ont été créés le monte-charge ainsi que les roues dentées et les engrenages quitransmettent les mouvements ; les norias, premières machines hydrauliques à godets, actionnées par des animaux qui servent àélever l'eau des puits ; les roues hydrauliques actionnées par la force de l'eau courante, ou encore les moulins à eau et à vent. Le principe de la roue Le principe de la roue, et plus généralement celui d'une rotation autour d'un axe, entre également dans la fabrication denombreuses machines simples.

Ainsi en est-il du treuil, dont on se sert pour élever des charges. Dans le cas d'un puits, par exemple, le seau est attaché par une corde à l'axe d'un cylindre.

En tournant ce cylindre d'enroulementau moyen d'une grande roue à manivelle, le seau d'eau est soulevé très progressivement (car l'axe d'enroulement de la corde estd'un diamètre inférieur au large tour de manivelle).

L'opérateur du seau déploie un travail modeste en tournant avec peu de forcela manivelle sur une ample distance, mais le changement de diamètre au niveau du treuil fait que le travail joue sur une plus faibledistance et sa force de soulèvement est donc multipliée.

Ainsi peut-on, pour peu de force investie, obtenir un avantage mécaniquequi permet de soulever lentement de très lourdes charges. La poulie Autre machine simple dont le principe de fonctionnement est basé sur la roue, la poulie intervient dans la transmission d'unmouvement ; elle sert également de renvoi pour faciliter le levage d'un fardeau, ou pour rendre plus aisé un effort de traction.

Lapoulie permet donc de transmettre, de multiplier ou de démultiplier à volonté une force passant par une courroie.

En effet, selon lediamètre de la roue qu'enveloppe la courroie, le nombre de rotations varie (plus le diamètre est élevé, moins de tours sontobtenus pour une force d'application donnée).

On retrouve ce principe dans les braquets d'une bicyclette, où l'effort de pédalagepasse par un jeu de disques tournants de diamètres variés, que l'on choisit en fonction de la nature du terrain, avant d'êtretransmis à la roue arrière. Le palan Pour soulever de lourdes charges, on a imaginé d'ingénieux systèmes de poulies qui procurent un avantage mécaniqueconséquent.

Dans de tels systèmes, appelés palans, on juxtapose deux rangées de poulies, la corde passant d'une roue à l'autre. »