ARTheque - STEF - ENS Cachan | Fonction de la poulie de levage

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-FONCTION DE LA POULIE DE LEVAGE

Comment lever une charge, par exemple monter un seau de ciment sur un échafaudage, un objet lourd dans

un grenier? Tel est le problème technique à résoudre.

Par une discussion rapide que le professeur peut

orienter, les élèves présentent diverses solutions:

1°. Levage direct, charge tenue à la main ou portée

à l'épaule, l'opérateur grimpant à une échelle: solution

peu pratique et dangereuse nécessitant un opérateur puis-sant et adroit.

2°. Levage à l'aide d'un cordage seul: solution plus

facile bien que l'opérateur doive se pencher au-dessus du

vide et que la charge risque de "raguer" (ah ces marins 1)

contre le mur ou l'échafaudage.

3°. Levage à raide d'un cordage passant sur un

obs-tacle fixe situé plus haut que l'opérateur (solive ou

élément de l'échafaudage) : les risques précédents

dis-paraissent mais l'opérateur doit fournir un effort

beau-coup plus intense pour vaincre les frottements, le cordage

s'use, l'obstacle également {une poutre à section carrée

se creuse d'une gorge torique).

4°. Levage à l'aide d'un cordage passant dans une

poulie: l'effort est nettement moins intense que dans

le cas précédent et l'orientation du brin tirant peut se faire dans n'importe quelle direction.

5°. Utilisation d'un appareil de levage chèvre ...

grue,

De cette étude, nous pouvons tirer la fonction d'usage de la poulie de levage: déplacer verticalement

une charge fixée à l'extrémité d'un cordage en agissant

sur celui-ci dans une direction quelconque.

Une manipulation simple va permettre d'étudier

les forces intervenant dans ce système, à l'é~uilibre.

La charge peut être 'nimporte quel objet massif, je fais

utiliser des pièces métalliques servant à effectuer des mesures de longueur.

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4--En 1.2, regroupant les cas l et 2 de l'analyse

précédente, le dynamomètre met en évidence la force

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-F

l _ 2 opposée au poids P de la charge à l'équilibre:

F

l-2 = P = 2/5 N ~ 0,05 N

En 3 la corde passe sur un obstacle fixe à

sec-tion carrée (règle carrée en aluminium, de section 8 x 8

bloquée sur un pied par une noix) ou circulaire (tige

cy-lindrique de diamètre ~)

0,6 N ~ 0,01 N

_<

<

1,1 N +

-

<

<

En 4, la corde passe sur la poulie

2/3 N ~ 0,05 N

<

<

Lorsque la force manuelle, transmise à la charge

par l'intermédiaire du dynamomètre et de la corde, devient moins intense que la valeur inférieure, la charge descend, quand elle devient plus intense que la valeur supérieure, elle monte. Les incertitudes sur les valeurs limites sont dues d'une part aux incertitudes de mesure, d'autre part au fait que l'intensité des forces de frottement varie suivant que l'on immobilise la charge en montant ou en descendant. Ces forces de frottement peuvent être nette-ment plus intenses que le poids de la charge dans le cas de l'utilisation d'un obstacle, inexistantes en levage direct et négligeables avec une poulie.

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---.

En co~rant les forces F₄, force manuelle exercée

sur la corde et F₅, force transmise à la charge, nous

constatons qu'elles ont:

une direction différente,

même sens (de la charge vers l'opérateur) ,

pratiquement même intensité,

d'où la fonction théorique d'une poulie: modifier la droite d'action d'une force sans en modifier le sens, ni

l'intensité.

Nous constatons que c'est également la fonction théorique d'une poulie de renvoi dont la fonction d'usage est de changer la direction d'un cordage et guider son

déplacement (poulies de voilier, de palan, de tringle à

rideau, ... ).

Nous pouvons encore remarquer que dans le premier cas l'opérateur doit lever en plus du poids de la charge

celui de son propre corps (travail plus important), la

difficulté est également due au risque de déséquilibre

en montant à l'échelle, de même dans le deuxième cas où

i l se penche en avant, très mauvaise position pour exercer une traction verticale.

Nous pouvons faire une étude similaire pour introduire le guidage par roulement en comparaison avec le guidage par glissement : la force nécessaire au dépla-cement horizontal d'une boîte parallélépipédique de

masse 3,5 kg roulant sur des tiges cylindriques est

nette-ment moins intense que celle nécessaire à son glissement

sur une table en formica.

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