Comment démultiplier les forces: poulies et leviers
Publié le 26 octobre 2014
Les leviers, poulies et palans nous permettent d'utiliser des forces bien plus grandes que les nôtres ...mais hélas le travail reste le même !
Après une explication de la notion de force de tension dans une corde, nous introduisons la poulie dans le contexte des palans de levage. Nous montrons tout d’abord que la poulie permet de modifier la direction de la force à appliquer pour lever une charge (on peut tirer vers le bas pour lever une charge avec une poulie placée en un point fixe en hauteur). Ensuite, en fixant la poulie sur la charge, nous montrons que la poulie permet de diminuer la force à exercer d’un facteur 2 (principe de démultiplication du palan). Nous montrons que ce gain d’un facteur 2 est associé à un allongement des déplacements d’un facteur 2. Ce constat est discuté en termes du principe de conservation de l’énergie. La pleine compréhension de cette discussion nécessite la connaissance de la notion d’énergie et de travail (force x dépacement) mais ce passage peut aussi être vu comme un premier contact intéressant avec ces notions. Nous passons ensuite aux palans à poulies multiples et nous présentons la règle de calcul de leur facteur de démultiplication. Finalement, des exemples de palans et leurs applications sont discutés en guise d’illustration.
Nous commençons par une brève analyse de la répartition des forces dans le levier inter-résistant pour introduire le phénomène de démultiplication des forces inhérent aux leviers. En résumé, nous montrons que la charge (force résistante) est équilibrée à la fois par la force motrice et la force d’appui. Nous analysons ensuite le levier inter-résistant dans la perspective de la conservation de l’énergie. A cette fin, la notion de travail est brièvement rappelée (travail = force x distance). Ceci nous permet d’aboutir à la formule des leviers sur base d’une analyse simple de la géométrie associée au mouvement du levier (triangles semblables). Nous abordons le cas du levier inter-moteur au travers de l’exemple de l’articulation du bras mise en mouvement par le biceps. Enfin, pour terminer, le levier inter-appui est présenté au travers d’une situation mettant Archimède en scène, ce qui est l’occasion de présenter un aspect historique de l’étude des leviers.
