Lorsque l’on pense à des machines simples, des objets tels que des poulies, des leviers ou des plans inclinés peuvent nous venir à l’esprit.
Cependant, il existe une autre machine simple qui passe souvent inaperçue, mais qui est très présente dans notre quotidien : la vis.
La vis est l’une des machines simples les plus polyvalentes et les plus utilisées du monde moderne. Des appareils électroniques que nous utilisons aux véhicules que nous conduisons, la vis est partout.
Qu'est-ce qu'une vis ?
Dans sa forme la plus élémentaire, une vis est une tige cylindrique dotée d'une rainure hélicoïdale continue, appelée filetage, sur sa surface extérieure.
Le filetage de la vis est enroulé autour de son axe, formant un angle constant, et peut être de différents types, comme le filetage métrique ou le filetage Whitworth.
Comment fonctionne une vis ?
Cette configuration simple est considérée comme une machine simple en raison de la façon dont la vis est utilisée.
Lorsqu'on tourne la vis sur son axe, on profite de son filetage hélicoïdal pour convertir le mouvement de rotation en un mouvement linéaire. En effet, la distance entre les tours du fil est constante, ce qui permet à ce petit appareil d'avancer ou de reculer lors de sa rotation.
La clé pour comprendre le fonctionnement d’une vis comme une machine simple est son pas et son diamètre. Le pas fait référence à la distance axiale entre deux points consécutifs sur le filetage. En revanche, le diamètre est la distance entre deux arêtes opposées du filetage.
La relation entre pas et diamètre détermine l'avantage mécanique de la vis. L'avantage mécanique est défini comme la relation entre la force appliquée et la force résultante générée sur la charge déplacée. Si le pas est grand par rapport au diamètre, la vis aura un plus grand avantage mécanique, ce qui signifie que moins de force sera nécessaire pour déplacer une charge donnée.
En revanche, si le pas est petit par rapport au diamètre, une force plus importante sera nécessaire pour obtenir le même déplacement.
A quoi sert la vis comme simple machine ?
L'une des applications les plus courantes de cette machine simple concerne les dispositifs de serrage, tels que les étaux ou ceux utilisés pour assembler des meubles.
En le tournant, une force de serrage est générée qui maintient les pièces ensemble. L'avantage mécanique offert par ces éléments nous permet d'appliquer une force relativement faible lors de leur rotation, mais d'obtenir une force de serrage beaucoup plus grande sur la charge.
Une autre application importante concerne les systèmes de transmission de mouvement, tels que les vis sans fin et les écrous.
Ces mécanismes permettent de convertir le mouvement rotatif en mouvement linéaire et sont utilisés dans des dispositifs tels que des vérins hydrauliques ou des vis mères dans les machines-outils. Ici, la vis agit comme un mécanisme de multiplication de force, nous permettant de soulever de lourdes charges avec une force d'entrée relativement faible.
Exemples de vis comme machine simple
Voici quelques exemples d’utilisation des vis :
- Construction : Ces éléments sont utilisés pour assembler des poutres, des cloisons sèches, des cadres de portes et de fenêtres et de nombreux autres éléments structurels dans la construction de bâtiments. Ils fournissent un lien sûr et durable.
- Meubles – Ces types de machines simples sont indispensables pour assembler des meubles. Ils sont utilisés pour fixer les pieds, charnières, poignées et autres composants. Ils assurent stabilité et résistance aux meubles.
- Électronique : Dans la fabrication d'appareils électroniques, ils sont utilisés pour fixer des composants en place, tels que des cartes de circuits imprimés, des connecteurs et des supports. Ils sont également utilisés dans la réparation et l’entretien des équipements électroniques.
- Automobile : Les vis sont utilisées dans l'industrie automobile pour assembler des moteurs, des châssis, des carrosseries et d'autres composants. Ils fournissent un joint sécurisé qui résiste aux vibrations et aux forces présentes dans un véhicule en mouvement.
- Industrie aérospatiale : utilisée pour assembler des avions, des fusées et des satellites. Dans de nombreux cas, ils doivent être d’une grande résistance et qualité pour résister aux conditions extrêmes auxquelles ces structures sont soumises.
- Équipements de sport et de loisirs : Les vis sont utilisées dans la fabrication d'équipements sportifs tels que les vélos, patins, raquettes et planches de surf. Ils assurent une connexion sécurisée et résistante pour garantir sécurité et performance pendant la pratique sportive.
- Industrie agroalimentaire : Dans l'industrie agroalimentaire, ces petits appareils sont utilisés dans les machines de transformation et de conditionnement. Ils aident à installer et à entretenir les machines utilisées dans la production alimentaire.
- Centrales nucléaires : Dans l'industrie nucléaire, les vis sont utilisées dans pratiquement tous les domaines des centrales nucléaires : pour sécuriser la structure, le fonctionnement des réacteurs, l'assemblage des équipements de manutention du combustible nucléaire, dans la construction des enceintes de confinement, dans le refroidissement. systèmes ou systèmes de sécurité. Les environnements nucléaires étant très exigeants, ces vis doivent répondre à des normes strictes de qualité et de résistance aux radiations, à la corrosion et aux températures extrêmes.
Histoire : invention et évolution
L’histoire de la vis en tant que simple machine remonte à la Grèce antique.
Elle a été conçue au 3ème siècle avant JC par le mathématicien et inventeur grec Archimède, qui a créé la vis d'Archimède pour faire monter l'eau, une conception qui est encore utilisée aujourd'hui dans certaines applications. Ce mécanisme consistait en un cylindre avec une hélice à l'intérieur qui, lorsqu'elle était tournée, permettait aux liquides d'être élevés à des niveaux plus élevés.
Cette invention a non seulement aidé les Grecs à irriguer leurs terres, mais a également eu des applications dans l'ingénierie et la construction.
Plus tard, les Romains ont développé le concept de la vis pour fixer les pièces, créant la première vis comme élément de fixation au 1er siècle après JC. Cependant, ce fut un processus lent car les vis étaient fabriquées manuellement, ce qui était coûteux et limitait leur utilisation. . Ce n’est qu’avec la révolution industrielle du XVIIIe siècle que la vis est devenue populaire en tant qu’élément fondamental de l’industrie.
La création du fil étalon par l'inventeur anglais Henry Maudslay et le développement de machines pour les fabriquer en série ont révolutionné leur utilisation.
Depuis lors, la vis est devenue indispensable dans pratiquement tous les domaines de l'ingénierie, de la construction et de la fabrication.
Résumé et conclusions
Bref, la vis est une machine simple, ingénieuse et indispensable que l’on retrouve dans une grande variété d’applications. Son filetage hélicoïdal nous permet de convertir un mouvement de rotation en mouvement linéaire et de profiter de l'avantage mécanique pour effectuer des tâches qui nécessiteraient beaucoup plus de force sans son aide.
Que nous construisions des structures, disposions des objets ou assemblions des meubles, la vis est une pièce fondamentale qui nous permet de simplifier et d'améliorer notre travail.