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Machines simples – poulies, plan incliné, treuil, cric à vis et engrenages

PhysiqueÉnergie et quantité de mouvement15–16 ansLaboratoire virtuel

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Un banc virtuel de machines simples : poulie fixe et mobile, palan, plan incliné, treuil (roue et axe), cric à vis et treuil à engrenages. Réglez la charge, le frottement et la masse des poulies, tirez avec un dynamomètre et mesurez les déplacements de la force motrice et de la charge. La simulation calcule l'avantage mécanique, le rapport des déplacements et le rendement, et une barre de travail montre que le travail utile ne dépasse jamais le travail fourni.

Leçon : Machines simples : avantage mécanique, rapport des déplacements et rendement

Ce qu’elle montre

Une machine simple permet à une petite force motrice E de soulever une lourde charge L. L'avantage mécanique AM = L/E compare les forces ; le rapport des déplacements RD = dE/dL compare les distances parcourues et ne dépend que de la géométrie. Le rendement vaut AM/RD, c'est-à-dire le travail utile L·dL divisé par le travail fourni E·dE. Le frottement dans les poulies, les paliers et les filets, ainsi que le levage du bloc de poulies mobile, gaspillent de l'énergie : le travail utile est donc toujours inférieur au travail fourni. Les cordes sont supposées légères et inextensibles. Les leviers sont traités dans la simulation Leviers et moment d'une force.

Mode d’emploi

Choisissez un onglet de machine, réglez Masse de la charge m et le frottement, puis cliquez sur Tirer (Tourner la manivelle pour le cric et le treuil). Lisez le dynamomètre et les deux règles : chaque levage ajoute une ligne avec L, E, dL, dE, AM, RD et le rendement. Pour les poulies, changez Brins porteurs n et la masse de chaque poulie mobile, puis augmentez la charge pour voir sur le graphique comment varie le rendement.

Paramètres modifiables

  • Machine Poulies, Plan incliné, Treuil (roue et axe), Cric à vis, Treuil à engrenages
  • Système de poulies Poulie fixe, Poulie mobile, Palan
  • Brins porteurs du palan 2–6
  • Masse de la charge 1–100 kg
  • Masse de chaque poulie mobile 0–2 kg
  • Perte par frottement par poulie, palier ou engrènement 0–15 %
  • Angle de la pente 5–60 °
  • Coefficient de frottement (plan, filet) 0–0,6
  • Rayon de la roue 10–60 cm
  • Rayon de l'axe 2–20 cm
  • Pas de la vis 2–12 mm
  • Longueur de la manivelle 10–60 cm
  • Dents du pignon 8–40
  • Dents de la grande roue 12–96

Questions à explorer

  1. Pourquoi un palan a-t-il un meilleur rendement avec une charge lourde qu'avec une charge légère ?
  2. Comment le rapport des déplacements d'un plan incliné change-t-il quand la pente augmente ?
  3. Pourquoi aucune machine réelle ne peut-elle avoir un rendement de 100 % ?

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