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Conception de la machine 101: poulies et contrepoids

Conception de la machine 101: poulies et contrepoids


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Les poulies et contrepoids sont utilisés depuis des siècles pour obtenir des avantages mécaniques dans les machines de guerre et les équipements industriels. La physique derrière eux est assez simple, mais leur importance est primordiale.

Dans notre monde moderne, les poulies et contrepoids sont utilisés dans une grande variété d'applications. En tant qu'ingénieur que vous êtes, vous réalisez probablement que chaque fois que vous montez sur un ascenseur, vous engagez ce qui est probablement un système de poulies et de contrepoids. En termes de conception de la machine, les poulies sont peut-être le moyen le plus simple d'obtenir un avantage mécanique. Un autre moyen courant d'augmenter votre force de sortie dans la mécanique moderne serait les leviers, dont les poulies fonctionnent de manière très similaire.

Les bases des poulies

Sans entrer dans toutes les différentes configurations de poulies, à leur base, les poulies ont une roue et une corde. Une poulie avec une seule roue fixe inverse simplement la direction de la force d'entrée par rapport à la masse tirée. Avec une seule roue, pour soulever une masse de 100 kg, il faudrait exercer une force équivalente de 100 kg (1000 Newtons) à l'autre extrémité de la corde.

Lorsque plus de roues ou de blocs sont ajoutés à la machine simple qui est un système de poulie, vous gagnez de plus en plus d'avantages mécaniques. Avec un système de 2 roues, vous pouviez soulever un poids de 100 kg en n'exerçant que 50 kg de force équivalente à la corde. Le calcul des forces d'entrée devient un peu plus compliqué au fur et à mesure que vous ajoutez de blocs ainsi que grâce à différentes variations de configuration. Cependant, même les systèmes de poulies les plus complexes peuvent être compris en additionnant les longueurs des différents tronçons de corde et en générant des équations à partir de dérivations.

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La chose la plus importante à retenir est que les poulies ne sont pas des systèmes magiques qui transforment simplement une petite force en une force plus grande. Cela peut sembler vrai si vous vous concentrez sur l'entrée et la sortie, mais la masse de ce qui est soulevé est toujours traduite en points fixes où les poulies sont attachées à votre système rigide. Plutôt que de transformer les forces, nous pouvons dire qu'un système de poulies et de cordes gère les forces pour maximiser la masse que vous pouvez soulever ou déplacer.

Jouer le système avec des contrepoids

Maintenant que nous avons une connaissance de base des systèmes de poulies, nous pouvons plonger dans les systèmes de contrepoids pour obtenir encore plus d'avantages mécaniques dans la conception de la machine. Les contrepoids sont à la fois utilisés dans les systèmes de poulies, comme les ascenseurs, ainsi que dans les systèmes de leviers, comme une grue. En termes de contrepoids de grue, tout est question de moments. Pour garder un bras de grue rigide tout en soulevant une masse de 100 kg à 10 m du point d'appui, vous auriez besoin d'un contrepoids de 1000 kg à 1 m du point d'appui de l'autre côté pour stabiliser le bras de grue. Dans les grues, les contrepoids maintiennent généralement une masse constante, donc afin de s'ajuster à différentes charges, le contrepoids d'habitude a la capacité d'être déplacé pour ajuster le moment. C'est évidemment une explication très rudimentaire des contrepoids de grue.

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En termes de systèmes de poulies, un contrepoids permet simplement d'appliquer une force d'entrée pour soulever un objet. Le moyen le plus simple de le démontrer serait d'examiner un système d'ascenseur. Dans les ascenseurs typiques, il y a un contrepoids fixé à l'autre extrémité du système de poulie équivalent à environ le poids de la voiture à 50% de chargement. Les contrepoids ne font pas tout le travail dans les ascenseurs modernes, mais ils aident à stabiliser le système et à réduire la charge sur le moteur de l'ascenseur.

En supposant qu'une cabine d'ascenseur était chargée à 25% de sa capacité, tout ce que le moteur aurait à faire est de freiner la cabine d'ascenseur à l'étage droit (en montant). Le contrepoids dans un ascenseur signifie également que si un frein moteur venait à tomber en panne, la voiture ralentirait sa chute aussi vite qu'elle le ferait autrement. Les systèmes d'ascenseurs dans leur ensemble sont un peu plus compliqués que ce qui est expliqué ici, mais en regardant les contrepoids, c'est l'essence de leur fonction.

Ainsi, grâce à une combinaison de poulies et de contrepoids, nous pouvons concevoir des machines qui nous donnent un avantage mécanique et rendent le déplacement de grandes masses assez facile avec une faible force d'entrée.

Plus d'informations sur les poulies

Si vous souhaitez en savoir un peu plus sur ces appareils mécaniques simples, la vidéo ci-dessous entre encore plus en détail, avec des aides visuelles utiles.

Plus précisément, Destin de Smarter Every Day discute d'un type de poulie, appelé blocs d'arrachement. Ces types de poulies permettent au cordage d'être facilement enfilé à travers eux, car ils se séparent au milieu. Cela évite à l'utilisateur d'avoir à enfiler la corde ou la chaîne à travers le mécanisme de poulie au début de l'utilisation.

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Quelles sont les utilisations courantes des poulies que vous avez vues, ou peut-être quelles sont les plus impressionnantes?


Voir la vidéo: Les machines simples: la roue. Sciences. Alloprof (Septembre 2022).