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Les machines simples

machine simple roue et essieu au Musée des sciences et de la technologie du Canada

Les machines simples sont tout autour de nous. Elles nous aident à accomplir un grand nombre de nos tâches quotidiennes, comme ouvrir les stores le matin ou encore visser le bouchon sur une bouteille d'eau. Leur but est de réduire la quantité de force nécessaire pour effectuer un travail. En gros, cela signifie qu'elles nous permettent de déplacer des objets et de faire des choses plus facilement. 

Il existe six types de machines simples. Chaque type est une  modification du plan incliné ou du levier. Le plan incliné ainsi que ses dérivés (le coin et la vis) fournissent une surface en pente pour faciliter des tâches. Le levier ainsi que ses dérivés (la roue et la poulie) produisent une force qui change de direction à l’aide d'un point d’appui pour effectuer le travail.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Le travail dépend à la fois de la distance et de la force. Les machines simples affectent le travail fourni soit : 

  • en transférant la force, 
  • en changeant la direction de la force, 
  • en changeant l'amplitude de la force produite, 
  • en changeant la vitesse ou la distance de la force.

La mesure de l'aide fournie par une machine simple s’appelle l'avantage mécanique.

Le levier

Les leviers vous aident à soulever plus de poids que vous ne le pourriez seul. Un levier est un bras rigide—une planche droite —avec un point d’appui qu’on appelle un pivot au centre. Lorsque vous appuyez sur un côté du levier (la force motrice), l'autre côté (la charge) se soulève. Plus la planche est longue, plus il est facile de soulever un objet lourd de l'autre côté. Il existe trois types de leviers:

  • De type 1 (aussi appelé inter-appui), où le pivot se situe au centre du mécanisme. C’est le cas d’une bascule.
  • De type 2 (inter-résistant), où la charge est au centre. C’est le cas d’une brouette.
  • De type 3 (ou inter-effort), où la force est au centre. C’est le cas d’une canne à pêche. Ce type n'offre pas un avantage mécanique comme les autres.

exemples de levier

La roue et l’essieu

La roue avec essieu est une modification d'un levier du premier type. Le pivot devient l'essieu, et le bras est répété à plusieurs reprises pour former les rayons d'une roue. Cela permet une rotation de 360 degrés. Si on trouve facilement la roue dans les dispositifs de transport comme les voitures, elle revient aussi dans des machines moins évidentes comme les rouleaux à pâtisserie.

exemple de roue et essieu

LA poulie

Une poulie est une roue avec une rainure pour accommoder une corde. Tout comme une roue et un essieu, c'est un type de levier de la première catégorie. Vous tirez sur un côté de la corde pour soulever la charge, et la poulie vous permet de soulever la charge plus facilement que vous ne le pourriez tout seul. Les poulies multiples dans un système allègent davantage la charge. Les grues et les ascenseurs utilisent des poulies multiples pour soulever ou abaisser des objets lourds ou encore des personnes.

exemple de poulie

Le plan incliné

Le plan incliné est une rampe. Il est beaucoup plus facile de pousser quelque chose le long d'une pente que de le soulever. En effet, le travail requis dépend à la fois de la distance et de la force. Les plans inclinés allongent la distance parcourue, mais facilitent le déplacement.

exemple de plan incliné

Le coin

Un coin consiste essentiellement en deux plans inclinés mis dos à dos. Les coins sont utilisés pour écarter quelque chose, comme une hache coupant du bois. La force descendante est poussée vers l'extérieur de chaque côté.

exemple de coin

 

La vis

Une vis est un plan incliné qui s'enroule autour d'un cylindre. Les filets formés par cet enroulement maintiennent les vis fermement à l'intérieur des matériaux. En faisant tourner une vis avec un tournevis, vous transformez le mouvement de rotation en une force verticale. De même, la longueur du tournevis utilisé a son importance. Le tournevis est lui-même un type de levier, et plus il est long, plus l'avantage mécanique est grand. Enfin, les vis aux filets plus rapprochés exigent plus de force pour être vissées, mais assure un serrage  plus ferme grâce à leur surface supplémentaire.

exemple de vis

Pourquoi est-ce important?

Beaucoup d'objets que nous utilisons régulièrement sont des machines simples. Une porte agit comme un levier, des vis empêchent votre bureau de tomber en morceaux et on tire les stores grâce à une poulie. Et bien que certaines machines que nous utilisons tous les jours paraissent plus compliquées, elles contiennent elles aussi des machines simples qui fonctionnent ensemble! Une brouette utilise un levier et des roues, une grue de construction utilise un levier et des poulies, et un vélo possède à la fois des roues, des poulies, des engrenages, des leviers et des vis. Sans ces machines, l'innovation ne serait pas rendue là où elle est.

Un lien canadien

Pour qu'une vis pénètre dans un matériau dur comme le bois, il faut la tourner à l'aide d'un tournevis. Pendant longtemps, les tournevis avaient une tête plate qu’on insérait dans une rainure dans la tête de la vis. Malheureusement, ce système faisait en sorte que le tournevis glissait souvent, ce qui ralentissait considérablement le travail de construction. Un Canadien du nom de Peter Robertson inventa la vis Robertson en 1908 à titre de solution. L'encoche dans la tête de la vis ainsi que la pointe du tournevis sont carrées, réduisant ainsi le glissement. Ce modèle est encore couramment utilisé au Canada.

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SCITECH
Musée des sciences et de la technologie du Canada
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