Travail : le produit de la force appliquée à un objet et de la distance sur laquelle la force est appliquée. C’est l’énergie disponible pour faire bouger un objet.
Avantage mécanique : sacrifie la distance pour obtenir une plus grande force. Pour les rotations, on sacrifie la vitesse de rotation pour obtenir un plus grand couple.
Avantage de mouvement : sacrifie la force pour obtenir un plus grand mouvement. Pour les rotations, on sacrifie le couple pour obtenir une plus grande vitesse de rotation.
Il y a plusieurs mécanismes et machines simples qui nous permettent de prendre le travail initial et de le transformer soit en avantage mécanique, soit en avantage de mouvement. Les prochaines sections présentent les leviers, les roues et les poulies, et les engrenages.
Levier : une barre qui pivote autour d’un point fixe. Selon la position de la force appliquée, du point de pivot et de la charge, on peut différents avantages mécaniques ou de mouvement.
Voici une courte vidéo sur les leviers :
Roue : une roue est un disque qui tourne autour d’un axe. Quand l’axe tourne avec la roue, la différence de rayons entre l’axe et la roue donne un avantage mécanique. Par contre, si la roue tourne librement sur l’axe, il n’y a pas d’avantage mécanique.
Poulie : une roue avec une gorge pour tenir une corde ou une courroie. Les poulies sont utilisées pour changer la direction de la force ou pour augmenter l’avantage mécanique.
Voici une courte vidéo qui présente les roues et les poulies :
Engrenage : une roue dentée qui transmet le mouvement d’une roue à une autre. Le rapport mécanique des engrenages compare le nombre de dents de chaque engrenage au lieu de comparer le rayon des roues.
Réducteur de vitesse : un train d’engrenages qui réduit la vitesse de rotation et augmente le couple. L’engrenage moteur a moins de dents que l’engrenage de sortie, alors l’engrenage de sortie fais moins de rotations pour chaque rotation de l’engrenage moteur.
Les réducteurs de vitesse sont utiles pour les applications qui demandent beaucoup de force, comme les bras de pelle mécanique. Presque tous les robots utilisent des réducteurs de vitesse pour les moteurs parce que les moteurs peu dispendieux tournent très vite et n’ont pas beaucoup de couple. En les combinant avec des réducteurs de vitesse, on peut obtenir un mouvement plus lent mais plus fort.
Voici une vidéo qui présente les différents types d’engrenages :
Ces deux listes de lectures montrent plusieurs expériences ludiques et éducatives en lien avec la mécanique :