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LES MACHINES SIMPLES

Le levier est une machine simple qui nous permet de mieux utiliser notre force. Un marteau employé pour arracher des clous du bois est un levier simple. Une paire de ciseaux forme un levier double. En plaçant le point d'appui à une position convenable, nous donnons à la pince un bras de le­vier. Autrement dit, nous pouvons soulever une charge plusieurs fois plus grande que l'effort, poussée ou traction exercée par nous.

Par exemple, on utilisera aisément un levier pour soulever une masse de 100 kg si nous appliquons un effort de 25 kg à l'extrémité du levier. Le levier multiplie par 4 notre effort. On appelle la masse qui doit être soulevée la résistance. Ainsi, un effort de 25 kg soulève une résistance de 100 kg. Cela s'exprimerait dans cette formule :

                          _résistance

bras de levier = —————

                       ^effort

Fig. 1.

Dans ce levier du premier genre, le point d'appui se trouve entre la poussée et la résistance, qui agissent en sens contraire.

Le levier nous permet de déplacer l'énergie d'un point à un autre. En appliquant une force à un point donné, nous pouvons exercer ailleurs une force plus grande.

Nous savons tous que plus la pente est douce, plus il est facile de gravir une colline. Nous grimpons au sommet d'un phare par un escalier en spirale qui peut être considéré comme une succession de plans inclinés, changeant de direction. L'avantage mécanique, obtenu en élevant une charge par un plan incliné, est proportionnel au nombre de longueurs supérieur à la hauteur.

En d'autres termes, ce que nous avons gagné en avantage mécanique est perdu en vitesse. Une vis sans fin ordinaire est une application de principe du plan incliné.

Le cric qui soulève nos auto mobiles est une application sim­ple de la vis. Quand le levier fait un tour, le cric s'élève d'une hauteur égale au pas de la vis, qui est la distan­ce entre deux spires. Un effort relativement faible appliqué au levier nous donne une force énormément accrue.

Si nous connaissons la longueur de la circonférence décrite par l'extré­mité du levier, et, d'autre part, le pas de la vis, nous saurons dans quel rap­port l'effort aura été multiplié. Il suffira de diviser l'un par l'autre.

Si le bras du cric a 30 cm de long, son extrémité décrira une circonféren­ce de 1,88 m. Si le pas de la vis est de 3 mm, la résistance sera démultipliée dans la proportion suivante:

1880/3=626.

Une autre machine simple est la poulie, roue montée sur un bâti où elle peut tourner librement. Si nous passons une corde sur une poulie simple d'axe fixe, nous pouvons élever ou descendre une masse égale à notre effort. 11 n'y a aucun gain, mais nous pouvons changer la direction de notre effort. C'est ce qui se passe lorsqu'on hisse un drapeau. Une poulie mobile permet le déplacement d'une charge avec un effort égal à la moitié de la charge.

Fig. 2.

Une seule poulie fixe (à droite) nous permet d'élever une masse égale à notre effort. Une poulie mobile (à gauche) nous permet de lever une masse par un effort qui est la moitié de cette masse.

Fig. 3.

À gauche, combinaison de poulies, fixe et mo­bile, 3 cordes à la poulie inférieure supportent également 1/3 de la masse. La démultiplication de l'effort est égale à 3. A droite : treuil où la corde s'enroule sur le tambour.

Nous obtiendrons un résultat plus important avec un système de poulies montées ensemble, une partie étant fixe, l'autre mobile. Avec ce système, nous sacrifions la vitesse lorsque nous économisons notre effort comme avec le cric. La vitesse de la charge qui s'élève est moins grande que celle de l'effort appliqué.

Le treuil est une autre machine simple qui permet d'élever une lourde charge. C'est une roue fixée sur son axe. La roue peut tourner grâce à une poignée fixée à son bord, ou en tirant une corde qui s'enroule dans les rainu­res ou gorges de la roue. Mais une plus grande traction peut être exercée sur la corde lorsqu'elle s'enroule sur un tambour. La traction exercée est alors proportionnelle au nombre de tours et selon le rapport entre le rayon de la roue et celui de l'axe.

Par exemple, si le tambour a un rayon de 50 cm et l'axe un rayon de 10 cm, la démultiplication de l'effort sera de 50 : 10 = 5. Le cabestan, em­ployé pour lever l'ancré d'un navire, est un exemple de ce type de machine.