Une machine simple est un appareil mécanique qui utilise la force et le mouvement pour effectuer un travail. Ce sont des outils de base utilisés pour multiplier ou modifier la direction d’une force appliquée, facilitant ainsi le travail.
Il existe six grands types de machines simples : le levier, la poulie, la roue et l'essieu, le plan incliné, la cale et la vis. Chaque type de machine simple utilise une force appliquée pour effectuer une tâche spécifique, comme soulever un objet lourd, déplacer une charge ou diviser un objet en deux parties.
De nombreux outils et appareils utilisent ces types de machines dans leurs conceptions. Comprendre ces types de machines est fondamental pour l’ingénierie et la technologie, et a été fondamental pour la création de la plupart des inventions et des dispositifs que nous utilisons aujourd’hui.
Les machines simples relèvent du domaine de la mécanique en physique, en particulier de la branche de la mécanique qui se concentre sur la cinématique et la dynamique des objets en mouvement et sur les principes physiques qui les régissent.
Fonctions des machines simples
Chaque machine simple possède des fonctions spécifiques qui facilitent le travail.
Certaines des fonctions les plus importantes de ces appareils sont les suivantes :
- Multiplier la force : L'une des fonctions principales des machines simples est d'augmenter la force que nous appliquons. Des outils tels que le levier, le treuil et le vérin hydraulique nous permettent d'appliquer une petite force à une extrémité de la machine pour générer une force beaucoup plus grande à l'autre extrémité. Ceci est particulièrement utile lorsqu’il s’agit de soulever ou de déplacer des objets lourds.
- Changer la direction de la force : De nombreuses machines simples, comme la poulie, nous permettent de changer la direction dans laquelle nous appliquons une force. Par exemple, au lieu de devoir soulever une lourde charge vers le haut, nous pouvons utiliser une poulie pour tirer une corde vers le bas, ce qui est beaucoup plus facile et plus sûr.
- Modifier la vitesse et le contrôle du mouvement : Certaines machines simples, comme le plan incliné ou la cale, nous aident à contrôler la vitesse et le mouvement d'un objet. Un plan incliné, par exemple, permet à un objet de descendre plus lentement, ce qui rend son déplacement plus sûr et nécessite moins d'effort que de le soulever brusquement ou de le pousser directement.
Types de machines simples
Il existe six principaux types de machines simples :
- Le levier : C'est une barre rigide qui tourne autour d'un point fixe appelé point d'appui . En fonction de l'emplacement du point d'appui, de la force appliquée et de la charge, un levier peut multiplier la force, changer la direction de la force ou augmenter la distance sur laquelle la force est appliquée. Un exemple quotidien est un arrache-clou, où une petite force peut générer une force importante pour retirer un clou.
- Le plan incliné : Ce type d'engin est constitué d'une surface inclinée qui facilite le déplacement d'objets lourds d'un niveau à un autre. Un plan incliné réduit la quantité de force nécessaire pour soulever un objet en lui permettant d'être déplacé le long d'une pente plutôt que de le soulever directement verticalement. Les rampes, utilisées pour soulever des charges sur des véhicules ou des bâtiments, sont des exemples classiques de plans inclinés.
- La poulie : La poulie est une roue dotée d'un canal ou d'une rainure dans laquelle passe une corde. L'utilisation d'une poulie vous permet de changer la direction de la force appliquée, facilitant ainsi le levage d'objets. En combinant plusieurs poulies dans un système appelé palan , nous pouvons réduire considérablement la force nécessaire pour soulever un objet lourd. Les poulies sont essentielles dans les grues, les systèmes de levage et les ascenseurs.
- La vis : La vis est, essentiellement, un plan incliné enroulé en spirale autour d'un cylindre. Il est utilisé pour maintenir ou soulever des objets et convertit le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Lorsque vous tournez une vis, une grande force est exercée sur la surface où elle est insérée, ce qui en fait un outil essentiel dans la construction et le travail du bois.
- La cale : La cale est un dispositif de forme triangulaire, avec une base large et une pointe pointue. Sa fonction principale est de diviser des objets en concentrant la force sur un point précis. Les outils tels que les couteaux, les haches ou les ciseaux utilisent le principe du coin pour couper ou séparer des matériaux avec un minimum d'effort.
- Le treuil : Le treuil (parfois appelé axe de roue) est une machine simple constituée d'un cylindre autour duquel est enroulée une corde ou un câble. En faisant tourner le cylindre, la corde s'enroule ou se déroule, permettant de soulever ou de déplacer des objets avec moins d'effort. Les anciens puits d'eau utilisaient un treuil pour soulever le seau du fond du puits, et il est encore utilisé aujourd'hui dans les grues et les mécanismes de levage.
Exemples de machines simples
Voici quelques exemples courants de machines simples et comment elles sont utilisées :
Levier
- Ciseaux : Chaque bras est un levier de premier type, avec la vis comme point d'appui, multipliant la force appliquée aux matériaux coupés.
- Marteau à clous : Le dos agit comme un levier, permettant d'extraire les clous avec moins d'effort.
- Clé à écrous : la longue poignée permet d'appliquer plus de force pour desserrer ou serrer les écrous.
- Ouvre-bouteille : utilise le bord de la bouteille comme point d'appui, ce qui facilite le retrait du bouchon avec une petite force.
plan incliné
- Rampes : Elles facilitent le déplacement d'objets lourds vers de plus grandes hauteurs sans avoir à les soulever directement.
- Escaliers : Un plan incliné sous forme de marches, qui réduit l'effort nécessaire pour monter aux différents niveaux.
- Toboggans : Ils permettent de descendre de manière contrôlée, en utilisant la gravité pour faciliter le mouvement.
Poulie
- Grues : Utilisez des systèmes de poulies pour soulever des matériaux lourds, réduisant ainsi la force nécessaire.
- Ascenseurs : Poulies qui déplacent les cabines d'ascenseur, facilitant le transport vertical dans les bâtiments.
- Rideaux : Les poulies permettent d'ouvrir et de fermer de lourds rideaux en tirant sur une corde.
Vis
- Vis à bois : convertissez le mouvement rotatif en mouvement linéaire, en maintenant fermement les objets.
Berceau
- Couteaux : La forme pointue du coin permet de concentrer la force en un seul point pour couper les matériaux.
- Clous : Ils facilitent l'insertion dans les surfaces en concentrant la force à leur pointe.