La force de tension fait généralement référence à la force exercée sur un objet, tel qu'une corde, une chaîne ou un câble, lorsqu'il est soumis à une force externe qui tente de l'étirer ou de le tendre en essayant de séparer les molécules qui le maintiennent ensemble.
Cette force de traction agit dans le sens opposé à la force appliquée pour maintenir l'objet en équilibre.
L'amplitude de la force de traction dépend du matériau et de la géométrie de l'objet, ainsi que de la force externe appliquée. Pour une corde ou un câble idéalement inextensible, la force de traction en tout point de sa longueur est la même.
Si, par exemple, vous avez une corde horizontale attachée aux deux extrémités et que vous suspendez un objet au milieu, la force de tension de la corde sera égale aux deux extrémités et au point où l'objet est suspendu.
Formule de la force de tension
Dans le cas d'une corde idéalement inextensible, la force de traction (T) peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
T = F / cos(θ)
Où:
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T = Force de tension dans le câble.
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F = Force externe appliquée sur la corde.
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θ = Angle entre la corde et la direction de la force externe (angle d'inclinaison de la corde).
Cette formule est valable pour des situations idéales, où la corde est inextensible et il n'y a pas de considérations supplémentaires telles que le frottement ou l'élasticité du matériau.
Dans des situations plus complexes, la détermination de la force de traction peut nécessiter une analyse plus détaillée et la prise en compte d'autres facteurs et lois tels que la loi de Hooke pour les matériaux élastiques.
Exemples de forces de tension
Les forces de tension se retrouvent dans de nombreux contextes de notre vie quotidienne. Voici quelques exemples où vous pouvez observer ces types de forces :
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Cordes et câbles : Lorsque vous tirez sur une corde ou un câble, que ce soit pour soulever un objet, fermer une porte ou remorquer un véhicule, vous appliquez une force de traction sur la corde ou le câble.
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Pont suspendu : Les ponts suspendus utilisent des câbles pour soutenir leur plate-forme. Les câbles sont soumis à des forces de tension qui agissent pour supporter le poids de la plate-forme et des véhicules qui traversent le pont.
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Le béton armé de barres d'armature en acier est une combinaison ingénieuse qui tire parti de la capacité de l'acier à résister aux contraintes de traction pour compenser la faible résistance à la traction du béton. En revanche, le béton a une excellente résistance à la compression.
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Ascenseur : Dans un ascenseur, le câble qui supporte la cabine et permet le mouvement de haut en bas est soumis à des forces de tension pour supporter le poids des passagers et de la cabine elle-même.
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Lignes de transport d'électricité : les lignes électriques aériennes qui transportent l'électricité des centrales électriques aux maisons et aux entreprises sont constituées de câbles soumis à des forces de tension pour supporter le poids du câble et des conducteurs électriques.
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Cerfs-volants : Lorsque vous faites voler un cerf-volant, la corde qui soutient le cerf-volant est sous tension, ce qui permet au cerf-volant de rester en l'air.
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Parachutes : Les parachutes utilisés pour la descente contrôlée de personnes ou d'équipements dépendent également de la tension de leurs cordes pour se déployer et rester stables pendant la descente.
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Amarrages de navires : les navires amarrés utilisent des cordes ou des cordes appelées lignes d'amarrage pour rester attachées à la jetée, et ces lignes d'amarrage sont soumises à des forces de tension dues aux vagues et aux courants.
Utilisation et applications des forces de traction
La force de tension est importante pour plusieurs raisons fondamentales en physique et dans notre vie quotidienne :
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Stabilité et équilibre : La force de tension est essentielle pour maintenir la stabilité et l'équilibre des structures et des objets. Par exemple, sur un pont suspendu, la force de tension dans les câbles permet au tablier du pont de rester suspendu et peut supporter le poids des véhicules qui traversent.
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Levage et traction : La force de tension est utilisée pour soulever des objets ou appliquer une force de traction dans diverses situations, du levage d'un ascenseur au remorquage d'un véhicule en panne.
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Sécurité technique : Dans de nombreuses conceptions et constructions, la résistance à la traction est un aspect crucial à prendre en compte. S'assurer que les matériaux utilisés peuvent résister aux forces de traction attendues est essentiel pour prévenir les défaillances structurelles et assurer la sécurité des personnes.
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Sports et loisirs : Dans les activités sportives et récréatives, la force de traction joue un rôle important. Par exemple, dans l'utilisation de cordes pour l'escalade, le parachutisme, le cerf-volant ou le tir à l'arc, la tension est nécessaire pour que ces activités fonctionnent correctement et en toute sécurité.
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Transmission des forces : Dans de nombreux dispositifs mécaniques, la force de tension est utilisée pour transmettre les forces entre les composants. Par exemple, dans les poulies, les cordes ou les courroies transmettent la force de tension nécessaire pour déplacer des objets ou des machines.
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Électricité et communication : Dans les lignes électriques et les câbles de communication, la force de traction est cruciale pour maintenir les câbles en place et assurer la transmission efficace de l'électricité ou des données.
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Expériences scientifiques : Dans la recherche et l'expérimentation scientifiques, la résistance à la traction est utilisée pour mesurer et comprendre les propriétés des matériaux, évaluer la résistance des structures et déterminer le comportement physique.
Mesure de la force de tension
La force de tension est mesurée directement par l'application d'appareils ou d'instruments de mesure appropriés qui peuvent capturer l'amplitude de la force exercée sur une corde, un câble ou un matériau sous tension.
Il existe différents types d'appareils et de techniques pour mesurer la force de traction, et le choix dépend du contexte et du type d'objet ou de matériau évalué. Certaines méthodes courantes de mesure de la force de tension comprennent :
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Dynamomètres : Les dynamomètres sont des appareils portables qui mesurent les forces de tension et de compression. Ils peuvent être utilisés pour mesurer la force de traction dans des cordes, des câbles ou des objets sous tension.
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Cellules de charge : Ce sont des capteurs qui mesurent la force appliquée dans une direction précise. Ils sont utilisés dans une grande variété d'applications, telles que la pesée d'objets, la mesure de force sur des machines industrielles ou la contrainte sur des structures.
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Extensomètres : Ces appareils mesurent la déformation d'un matériau sous contrainte et la convertissent en une mesure de la force appliquée. Ils sont couramment utilisés pour tester les matériaux afin d'évaluer leurs propriétés mécaniques.
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Machines d'essai : Pour évaluer les propriétés mécaniques des matériaux, on utilise des machines d'essai qui appliquent des forces contrôlées et mesurent la réponse du matériau sous contrainte.
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Essais de charge : Dans la construction et le génie civil, des essais de charge sont effectués sur les structures pour mesurer leur capacité à résister aux efforts de traction et de compression.
Différence avec la force de la tension superficielle
Cette notion ne doit pas être confondue avec celle de tension superficielle.
La force de tension superficielle fait référence à la force qui agit sur la surface d'un liquide et tend à réduire sa surface au minimum possible. C'est une propriété physique due aux forces de cohésion entre les molécules du liquide.
Au niveau d'une surface libre du liquide, comme à l'interface entre le liquide et l'air, les molécules à l'intérieur du liquide sont attirées vers l'intérieur en raison des forces de cohésion, ce qui entraîne une sorte de "peau" à la surface. .
La tension superficielle est responsable de certains phénomènes intéressants, tels que la formation de bulles et de gouttelettes sphériques, car une forme sphérique minimise la surface et donc minimise l'énergie de la surface du liquide.
