Module 4 – Les systèmes mécaniques Thème 2 – Le treuil, la roue d

Module 4 – Les systèmes mécaniques
Thème 2 – Le treuil, la roue d’engrenage et la
poulie
Un levier qui lève et lève
Le treuil se compose d’un petit cylindre, ou tambour et d’une manivelle. La manivelle se compare au
bras de levier. La force exercée sur la manivelle fait tourner la roue. Ce mouvement ressemble à la force
exercée sur un levier. Cependant, la manivelle n’est pas limitée dans son mouvement; on n’a qu’à
continuer à tourner. Le rayon du tambour, soit la distance du centre du tambour à la circonférence, se
compare au bras de charge. La force que le câble exerce sur le tambour se compare à la charge sur un
levier. Comme la manivelle est beaucoup plus longue que le rayon du tambour, la force est inférieure à
la charge. Utiliser un treuil, c’est comme utiliser un levier sans fin.
Le treuil n’est qu’un exemple de machine qui utilise une manivelle et un tambour. Les combinaisons
manivelle-tambour sont de formes et de taille variées. Pour certaines tâches le treuil convient mieux
que le levier. Comme le levier, le treuil procure un gain mécanique.
Vitesse et action
Le gain mécanique est un des avantages du treuil. Comme le levier, le treuil peut développer de la
vitesse lorsque la force est appliquée sur le tambour. Par contre, cette façon d’utiliser un treuil demande
une force importante et n’exerce qu’une petite force sur la charge.
La multiplication
Le treuil permet à une auto de course de filer à grande vitesse. Cependant, comme la manivelle et le
tambour sont attachées un à l’autre, ils font tous les 2 le même nombre de tours par seconde.
Supposons que tu veuilles faire tourner une roue plus vite qu’une autre. Une roue d’engrenage est une
roue dentée. Un groupe de 2 roues d’engrenage ou plus porte le nom de train d’engrenages. Quand la
première roue tourne ses dents entraînent la seconde roue. La première roue, appelée roue menanteou
roue motrice peut tourner sous l’effet d’une manivelle que l’on tourne ou d’un moteur auquel elle est
rattachée. La seconde roue s’appelle roue menée.
Longue distance
Une roue d’engrenage peut-elle faire tourner une autre roue sans la toucher? Grâce à la chaîne
d’entraînement la roue d’engrenage peut faire tourner une autre roue.
La roue arrière d’un engrenage dont les dents s’insèrent dans les maillons d’une chaîne est un pignon, la
roue d’engrenage avant est un plateau. La relation entre la vitesse de rotation d’une petite roue
d’engrenage et celle d’une grande roue d’engrenage s’appelle rapport de vitesses.
Rapport de vitesses
=
Nombre de dents de la roue motrice
__________________________________
Nombre de dents de la roue menée
Les poulies
Une poulie se compose d’une roue à gorge, appelée « réa » et d’une corde ou d’une chaîne qui court sur
la roue. La poulie se compare à un levier du premier genre. Au lieu d’une tige, la poulie a une corde.
L’axe de la poulie sert de point d’appui. Les 2 côtés de la poulie sont le bras de levier et le bras de
charge. Une poulie peut être fixe ou mobile.
Une poulie fixe est une poulie qui est attaché à n’importe quelle structure. Cette poulie ne se déplace
pas. La corde ou le câble va bouger sur la réa de la poulie afin de déplacer, soulever un objet. Une
poulie simple inverse donc le mouvement, ce qui est parfois pratique.
Une poulie folle est une poulie où l’objet est directement attaché au centre de celle-ci et elle est
soulevée par une corde ou un câble. Cette poulie se déplace avec l’objet. La corde ou le câble va
bouger sur le réa de la poulie afin de déplacer, soulever un objet.
Des poulies dures au travail
Une poulie simple peut faciliter le levage d’une charge. Pour les charges très lourdes, on doit utiliser des
combinaisons de poulies. Le système de poulies très complexe est une combinaison de poulies fixes et
de poulies folles appelée palan.
Selon le nombre de poulies utilisées, le palan peut avoir un grand gain mécanique. Comment peux-tu
déterminer le gain mécanique d’une poulie multiple? Le gain mécanique d’un système de poulie est
égal au nombre de cordes de support. On ne compte pas le segment de corde oùla force est appliquée.
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.
La 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