Machine simple
Une machine simple est un dispositif physique qui change l'ampleur ou la direction d'une force. Il convient de noter que ces machines ne changent pas la quantité d'énergie utilisée mais modifient plutôt la difficulté liée à l'utilisation de cette énergie.
En général, les machines sont considérées comme facilitant la vie humaine, et les machines simples sont la base de tout dispositif de ce type. Ces machines, définies à l'époque de la Renaissance, comprennent les leviers, les poulies, les plans inclinés, les coins, la roue et l'essieu, les engrenages et les vis.[2]
Le principe de base d'une machine simple est l'avantage mécanique qu'elle fournit. L'avantage mécanique est le rapport entre la force de sortie de la machine et la force qui y a été appliquée. Cela signifie que la force appliquée peut être faible, alors que la force de sortie sur un objet peut être beaucoup plus puissante ! Cependant, cette dernière est toutefois limitée par la conservation d'énergie, [math]\displaystyle{ F_e \times d_e=F_s \times d_s }[/math]. Ainsi, bien que la force de sortie puisse être grande, la distance qu'elle parcourt doit être plus petite en proportion directe. L'avantage mécanique (idéal) est le rapport entre la force appliquée et la force produite :[3]
L'avantage mécanique idéale = [math]\displaystyle{ \frac{F_s}{F_e}=\frac{d_e}{d_s} }[/math]
où
- [math]\displaystyle{ F_e }[/math] est la force d'entrée,
- [math]\displaystyle{ F_s }[/math] est la force de sortie,
- [math]\displaystyle{ d_e }[/math] est la distance sur laquelle la force d'entrée a été appliquée, et
- [math]\displaystyle{ d_s }[/math] est la distance parcourue par l'objet.
Cette équation de l'avantage mécanique est obtenue par la réorganisation de l'équation de conservation de l'énergie présentée ci-dessus. L'équation ci-dessus s'applique également à un système idéal (sans aucune force non conservative agissant sur lui), alors qu'en réalité, il y aura des pertes d'énergie.
Disons, par exemple, que l'avantage mécanique équivaut à 2. Cela signifie que l'objet a subi deux fois la force appliquée, mais que la distance qu'il a parcourue est deux fois inférieure à celle appliquée au système. Malgré l'avantage de ne pas avoir à pousser aussi fort, le travail effectué reste le même (puisque le travail est la force multipliée par la distance, et la diminution de la force correspond à l'augmentation de la distance). Même les moteurs et les animaux de travail (comme les bœufs, les éléphants ou les chevaux) bénéficient toujours des avantages mécaniques des machines simples.
Références
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Available: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crane_Pulley.jpg
- ↑ Machine Information Systems, Simple machines [Online], Available: http://www.machine-information-systems.com/Simple_Machines.html
- ↑ James Brennan, Simple Machines [Online], Available: http://jamesbrennan.org/physics/notes/Force/simple_machines.htm
