Machines de levage au travail – travail, puissance, rendement

Ce qu’elle montre

Soulever une charge de masse m d'une hauteur h demande un travail utile A = mgh, qui ne dépend que de la charge et de la hauteur, pas de la rapidité du levage. La puissance est le travail fourni par unité de temps, P = A/t = F·v : lever deux fois plus vite demande donc deux fois plus de puissance. Les machines réelles perdent de l'énergie par frottement dans les poulies, câbles et réducteurs, si bien que le moteur doit fournir un travail total supérieur au travail utile. Le rendement est le rapport du travail utile au travail total ; il est toujours inférieur à 100 %.

Mode d’emploi

Choisissez le Type de machine, réglez la Masse de la charge et la Hauteur de levage, puis cliquez sur Essai de levage pour voir la charge monter pendant que la barre d'énergie se partage entre partie utile et partie perdue. Modifiez ensuite une seule grandeur à la fois : augmentez la Vitesse de levage et comparez l'effet sur le travail et sur la puissance, ou augmentez les Pertes par frottement et observez le travail total et le rendement. Les élèves peuvent vérifier chaque valeur par leur propre calcul.

Paramètres modifiables

• Type de machine Grue de chantier, Monte-charge agricole, Ascenseur
• Masse de la charge 50–3000 kg
• Hauteur de levage 2–40 m
• Vitesse de levage 0,2–3 m/s
• Pertes par frottement 0–45 %

Questions à explorer

1. Si la charge est levée deux fois plus vite, que deviennent le travail utile et la puissance ?
2. Pourquoi le rendement d'une machine de levage réelle est-il toujours inférieur à 100 % ?
3. Quel travail total le moteur doit-il fournir pour lever 500 kg de 12 m avec 20 % de pertes par frottement ?