enseignements de« Bascule scientifique »

Vous trouverez ci-dessous des questions posées fréquemment au sujet des machines simples, questions que vous pourrez utiliser en classe lorsque vous aborderez ce thème.

• Pourquoi utilisons-nous des machines?
• Pourquoi utilisons-nous des machines simples?
• Quelles sont les deux familles de machines simples?
• Quelles sont les six catégories de machines simples?
• Comment les catégories de machines simples sont-elles regroupées?
• Qu'est-ce qu'une rampe?
• Qu'est-ce que le frottement?
• Qu'est-ce qu'un coin?
• Qu'est-ce qu'une vis?
• Qu'est-ce qu'un levier?
• Qu'est-ce qu'un treuil?
• Qu'est qu'une roue dentée?
• Qu'est-ce qu'une manivelle?
• Qu'est-ce qu'une poulie?

Pourquoi utilisons-nous des machines?

Nous utilisons des machines afin de réduire le degré d'effort ou la quantité de travail nécessaires, ainsi que pour accroître notre capacité de soulever ou de déplacer des objets.

Pourquoi utilisons-nous des machines simples?

Les machines simples facilitent notre travail en nous permettant d'utiliser moins d'efforts pour déplacer un objet. Souvent, plusieurs machines simples sont combinées pour créer des machines complexes.

Quelles sont les deux familles de machines simples?

Toutefois, les machines simples sont toutes membres d'une des deux familles suivantes : les plans inclinés et les leviers.

Quelles sont les six catégories de machines simples?

Il y a six groupes ou types de machines simples :

• le coin
• la rampe
• la vis
• le levier
• le treuil et la poulie.

Comment les catégories de machines simples sont-elles regroupées?

Les six catégories de machines simples sont classées de la façon suivante :

Famille de machines simples fondées sur le principe du plan incliné :

• coin
• rampe
• vis

Famille de machines simples fondées sur le principe du levier :

• levier
• treuil
• poulie

Qu'est-ce qu'une rampe?

Une rampe (un plan incliné) nous aide à déplacer plus facilement des objets lourds mais que nous devons déplacer plus loin pour accomplir la tâche. Nous employons moins de force, mais nous devons appliquer la force sur une distance plus grande. Le frottement est un phénomène observé lorsqu'on utilise une rampe pour déplacer des objets lourds.

On se sert d'escaliers ou de rampes pour monter ou descendre. Si la surface est très inclinée, on y découpe des marches pour rendre la tâche plus facile. On utilise des rampes avec les camions de déménagement, pour faciliter l'accès à divers lieux en fauteuil roulant, ainsi que sur les quais de chargement.

Les plans inclinés (en anglais)

Qu'est-ce que le frottement?

Le frottement est la résistance qui se produit entre deux objets que l'on frottent l'un contre l'autre. Pour vaincre la friction, la surface d'une rampe doit être aussi lisse que possible. On peut également utiliser des rouleaux, des roulettes ou des lubrifiants.

The experiments - Friction (en anglais)

Qu'est-ce qu'un coin?

Un coin est deux plans inclinés dos à dos. Un coin ressemble à un plan incliné, mais pas dans son fonctionnement. Il peut servir à garder des objets ensemble (butoir de porte, clou) ou il peut servir à séparer des objets (hache ou ciseau). D'autres exemples de coins sont les tranchants des ciseaux, des couteaux, et d'un tournevis.

Qu'est-ce qu'une vis?

Une vis est un plan incliné enroulé autour d'un clou. Les arêtes forment ce qu'on appelle le filetage de la vis. Ces pas coupent une rainure dans le trou à mesure qu'on tourne la vis pour la garder bien serrée. Pour sortir une vis, il faut la tourner dans le sens inverse à l'aide d'un tournevis. Il est très difficile de sortir une vis en la tirant directement. La distance entre les pas dépend de l'inclinaison du plan - plus le plan est incliné, plus le pas est large. Les vis dont la distance entre les pas est moins grande sont plus faciles à visser.

Comme tout plan incliné qui sert de machine simple, la force nécessaire est moins grande mais la distance est plus grande.

The Screw (en anglais)

Qu'est-ce qu'un levier?

Le levier est une barre qui pivote autour d'un point appelé point d'appui.

Le secret du levier est la distance augmentée sur laquelle la force est exercée, c.-à-d., la longueur du bras du levier, qui est déterminée par la position du point d'appui. C'est le même principe que celui de la rampe (plan incliné) - Plus la distance sur laquelle exercer la force est grande, plus la force exigée est petite.

Notre bras est un levier. Qu'il serait difficile d'utiliser le bras s'il ne pliait pas à la hauteur du coude! Le coude agit comme un point d'appui, tandis que les muscles situés entre le coude et l'épaule fournissent la force (l'avant-bras devient donc le levier). Imaginez avoir un plâtre au bras qui vous empêcherait de bouger le coude. Essayez maintenant de soulever un sac de farine. Qu'est-ce qui est plus facile? Soulever le sac avec ou sans le plâtre?

Une pelle, une brouette, un bâton de hockey, une batte en bois et des pincettes sont également des leviers, et leur point d'appui est situé aux endroits suivants :

• pelle et bâton de hockey - au milieu du manche
• brouette - à la roue
• bâton - à la base de la poignée
• pincettes - à la jointure centrale

Levers (en anglais)

Qu'est-ce qu'un treuil?

Un treuil est un levier qui peut pivoter en décrivant un cercle complet (360 degrés). Le cercle décrit par le tambour est beaucoup plus grand que celui décrit par l'axe. La distance plus grande sur laquelle est appliquée la force pendant que le tambour tourne produit une plus grande force à la hauteur de l'axe, qui parcourt une distance plus courte. Exemples : un volant d'automobile, un tournevis, une poignée de robinet, une clé (outil).

Qu'est qu'une roue dentée?

Dans les engrenages, on utilise des roues dentées et des axes.

Les engrenages sont des roues munies de dents. Lorsque les dents d'une roue engagent l'autre pour la faire tourner, la première tourne aussi mais dans le sens contraire. Si les deux sont de la même grosseur et qu'elles ont le même nombre de dents, elles tourneront à la même vitesse. Si une est plus grande que l'autre, la plus petite tournera plus vite.

Les roues dentées servent à réguler la vitesse et la direction de mouvement dans des machines complexes et à augmenter ou à diminuer la force qui est appliquée.

Des machines qui ont des engrenages sont une horloge, une bicyclette, une voiture, un batteur à oeufs et d'autres petits appareils ménagers.

Gears (en anglais)

Qu'est-ce qu'une manivelle?

Une manivelle est la poignée d'une machine qui est montée à angle droit sur un axe. Elle sert à transmettre le mouvement.

Sur une bicyclette, la pédale fixée à une roue dentée remplit la fonction d'une manivelle. Les manivelles servent à faire tourner un rouet, un batteur à oeufs, une machine à éplucher les pommes, un moulin à poivre, etc.

Qu'est-ce qu'une poulie?

Les poulies sont des roues qui ont une rainure autour de la jante. Elle tourne à mesure que la ficelle est tirée sur la roue et la charge est ainsi hissée. Il s'agit d'une poulie fixe car la poulie même ne se déplace pas.

Une poulie fixe facilite le travail en changeant la direction de la force exercée. Avec une telle poulie, la force nécessaire pour lever une charge demeure la même que la force nécessaire pour la lever à la main, mais faites noter aux élèves qu'il est beaucoup plus facile de hisser un drapeau ou une voile sans avoir à grimper le porte-drapeau ou le mât. Lorsqu'il faut appliquer une force autour d'un coin, une poulie nous permet de vaincre la friction.

Avec une poulie mobile , la charge et la poulie sont en mouvement, et la charge se déplace dans le même sens que la force appliquée. Les poulies mobiles permettent d'utiliser moins de force pour lever un objet que si l'on utilisait les mains seulement. La quantité de force dépend du nombre de ficelles de soutien. Plus il y a de poulies et de ficelles de soutien, moins la force nécessaire est grande. Toutefois, comme c'est le cas avec toutes les machines simples, moins la force nécessaire est grande, plus la distance est grande : la ficelle est tirée sur une plus grande distance que celle du déplacement de la charge.

Pulleys (en anglais)

Bascule scientifique et machines simples