Les machines simples

La poulie

La poulie ressemble à la roue, mais elle est pourvue sur son pourtour d'un creux (la gorge) dans lequel on peut passer une corde ou un câble.


Anatomie d'une poulie

La poulie peut être utilisée de deux façons pour déplacer une masse. De la première façon, la poulie est fixe et la masse à déplacer est attachée à une extrémité de la corde. On tire sur l'autre extrémité de la corde pour soulever la masse. L'avantage mécanique d'un tel arrangement est égal à un. Il ne permet donc pas de multiplier la force motrice appliquée. Il permet cependant d'en modifier la direction, ce qui peut s'avérer pratique.


Une poulie fixe

De la seconde façon, la masse est plutôt fixée à la chape de la poulie, alors que la corde est fixée par l'une de ses extrémités. La corde est passée dans la poulie, qui est ainsi mobile. Dans ce cas, puisque la masse soulevée est soutenue par deux brins de corde, son poids est divisé également entre ceux-ci. Si la poulie est sans masse, la force motrice à fournir est la moitié du poids à soulever. L'avantage mécanique est donc de 2. Avec un tel arrangement, on multiplie par deux la force motrice, mais on multiplie aussi par deux la longueur de corde à tirer pour effectuer un même déplacement.


Une poulie mobile

Exemple 7 : Josée emménage aujourd'hui dans son premier appartement, situé au dernier étage de son immeuble. Comme elle ne veut pas monter son réfrigérateur par l'escalier en colimaçon, elle installe sur le bord du toit une poulie sans friction. Elle passe dans cette poulie une corde qu'elle attache à son réfrigérateur. Avec quelle force Josée et ses amis devront-ils tirer sur la corde pour monter son réfrigérateur, d'une masse de 105 kg, à vitesse constante? Quelle serait cette force si Josée et ses amis adoptaient plutôt le principe de la poulie mobile?

Poulie fixe

Dans ce cas, l'avantage mécanique est de 1. La force motrice que Josée et ses amis doivent fournir est donc égale au poids du réfrigérateur.

Poulie mobile

Dans ce cas, l'avantage mécanique est de 2 puisque deux segments de corde supportent le poids du réfrigérateur.

Les poulies s'associent : le moufle et le palan

Un moufle est constitué de deux poulies ou plus, montées sur une même chape. Ces poulies peuvent partager un même essieu ou posséder chacun le leur.


Photo de Francis Gires

Un palan est une association de poulies, dont au moins une est fixe et une est mobile, reliées par une même corde. Un palan peut aussi être constitué de moufles fixes et mobiles.


Un palan constitué de deux moufles triples, son avantage mécanique est de 5.

Le gain mécanique d'un palan est égal au nombre de segments de cordes qui supportent la charge, c'est-à-dire le nombre de segments de corde qui passent dans la poulie ou le moufle mobile du palan. La longueur de corde à tirer pour effectuer un déplacement donné est de plus multipliée d'autant.

Par exemple, le palan de droite illustré ci-dessous a un gain mécanique de 6. En effet, on compte six segments de corde qui passent dans le moufle mobile. Le septième bout de corde sert uniquement à la traction, il ne supporte pas le poids de la charge à soulever. Ainsi, si le poids à soulever est de 60 N, il faudra fournir une force motrice de 10 N. Cependant, pour soulever le poids de 10 cm, il faudra tirer 60 cm de corde.


Des palans de gains mécaniques croissants

Exemple 8 : Josée et ses amis (voir l'exemple précédent) mettent la main sur le palan illustré ci-dessous. Quelle force motrice devront-ils fournir pour monter le réfrigérateur de Josée s'ils l'utilisent?

Résolution

Ce palan offre un avantage mécanique de 4, car quatre segments de cordes supportent le poids du réfrigérateur. Cela signifie que la force motrice sera quatre fois plus petite que la force résistante.

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