Figure 1 : Une poulie utilisée sur un bateau, composée d'une roue métallique et d'une corde.[1]

Une poulie est une machine simple qui peut changer la magnitude et la direction d'une force appliquée dans le processus de travail. Il s'agit d'un câble fixé autour des roue et essieu, souvent utilisé pour soulever et transporter des objets. Dans ce contexte, les objets déplacés sont généralement connus sous le nom de charge. La figure 1 montre une poulie simple mais les poulies fonctionnent souvent ensemble dans des systèmes ; la figure 2 montre un exemple d'un système de poulies.

Avantage mécanique des poulies

Les poulies utilisent le concept d'avantage mécanique, qui montre à quel point une force appliquée est multipliée (et la distance parcourue par un objet est diminuée). Pour les poulies, l'avantage mécanique idéal est le suivant :

[math]\displaystyle{ IMA=N }[/math], où [math]\displaystyle{ N }[/math] est le nombre de poulies d'axe fixe.[2]

Par exemple, si l'avantage mécanique d'un système de poulies est de 3, le système de poulies comporte 3 poulies fixes agissant sur un objet, ce qui réduit la force nécessaire par un facteur de 3. Cependant, en raison des lois de conservation de l'énergie, la distance sur laquelle cette force doit agir est trois fois supérieure à celle sur laquelle la charge se déplacera réellement. Cela se base sur l'idée que le travail est la force multipliée par la distance, ce qui signifie que Wentrée = Wsortie.

Les poulies de la figure 2 illustrent ce qui crée cet avantage mécanique : la tension des cordes. La charge tire sur le centre de la poulie qui est soutenue par des câbles ou des cordes. La force de la charge est donc répartie uniformément entre les câbles. Dans le cas de deux poulies (la deuxième poulie de la figure 3), la force de cet objet est répartie sur seulement deux câbles, ce qui donne un avantage mécanique de 2. Ce principe s'applique de plus en plus à mesure que des poulies sont ajoutées.

Figure 2 : Quatre poulies présentant des avantages mécaniques différents.[3]

Il est important de comprendre que malgré la diminution de la force grâce à ces systèmes, la quantité du travail effectué ne change pas. Il faut également noter qu'il s'agit de systèmes idéaux ; les masses du câble et des poulies sont négligées et les forces agissant sur un objet sont présumées conservatives. En réalité, ces objets ont des masses, et il y a de fortes pertes d'énergie dues au frottement et au son.

Références

  1. Pixabay [Online], Available: http://pixabay.com/p-215039/?no_redirect
  2. Hyperphysics, Simple Machines [Online], Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mechanics/lever.html
  3. Wikimedia Commons [Online], Available: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Four_pulleys.svg