Mécanique

Levier inégal

Une poussée de 50 N sur le bras de 2 m équilibre une poussée de 100 N sur le bras de 1 m — des couples égaux (τ = r × F) issus de forces inégales. Changez une force dans l’Inspecteur pour le voir basculer.

Levier inégal — simulation interactive de Mécanique. Une poussée de 50 N sur le bras de 2 m équilibre une poussée de 100 N sur le bras de 1 m — des couples égaux (τ = r × F) issus de forces inégales. Changez une force dans l’Inspecteur pour le voir basculer. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Couple et leviers

Un levier s’équilibre quand les couples des deux côtés du pivot sont égaux — les forces sur un bras plus court doivent être plus grandes pour égaler un bras plus long.

Le couple τ = r × F dépend de la force et du bras de levier. Avec un pivot centré, une force de 50 N à 2 m du pivot équilibre une force de 100 N à 1 m  : 50 × 2 = 100 × 1.

• τ = rF sin θ
• Στ = 0 à l’équilibre

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Le pivot de ce levier est centré, tout comme le levier classique — mais la force de droite est appliquée à seulement 1 m du pivot, tandis que celle de gauche se trouve à 2 m. Si une poussée de 50 N à 2 m est équilibrée par une poussée à 1 m, cette force est-elle plus grande, égale ou plus petite que 50 N ?

Des pronostics à peser

• Elle est plus grande que 50 N
• Elle est égale — 50 N
• Elle est plus petite que 50 N

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Force gauche (N)
• Force droite (N)

Ce que vous mesurez  :

• Couple net (depuis la simulation) (N·m)
• τ = r × F (calculé) (N·m)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez la présélection Levier inégal. Une planche rigide est épinglée exactement en son centre, comme le levier classique — mais les deux forces vers le bas sont appliquées à des distances différentes  : 2 m à gauche, 1 m à droite. Une force de 50 N vers le bas pousse au repère des 2 m.
2. Cliquez sur la flèche de force gauche de la planche et notez son intensité dans l’Inspecteur, puis cliquez sur la flèche droite et faites de même. Remarquez que les deux bras ont des longueurs différentes.
3. Pour chaque ligne ci-dessous, réglez les intensités des forces gauche et droite dans l’Inspecteur, lancez la simulation, sélectionnez la planche et lisez la valeur du couple τ = r × F dans le panneau Mathématiques.

Équation gouvernante

Couple — τ = r × F

Le couple est l’effet de rotation d’une force autour d’un pivot  : τ = r × F, où r est la distance du pivot au point d’application de la force. Avec des bras inégaux, des couples égaux exigent des forces inégales — une force de 50 N à 2 m du pivot équilibre une force de 100 N à 1 m, car les deux produisent 100 N·m.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour chaque ligne, calculez à la main 1 m × Force droite − 2 m × Force gauche. Comparez-le au couple net lu dans le panneau Mathématiques de la simulation. Correspondent-ils ?
• À la ligne 1, la poussée de 50 N sur le bras de 2 m équilibre la poussée de 100 N sur le bras de 1 m — des forces différentes, des couples égaux. Que doit-il en être d’une force et de sa distance au pivot pour qu’un levier s’équilibre ?

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Une brouette est aussi un levier  : vos bras soulèvent les poignées à environ 2 m de la roue (le pivot) tandis que la charge repose près de la roue. Si la charge pèse 200 N et se trouve à 0.5 m de la roue, quelle force vers le haut faut-il appliquer aux poignées pour l’équilibrer ? Et si la charge était tout au bord de la benne ?
• Un marteau arrache-clou qui retire un clou, un pied-de-biche et un casse-noix sont tous des leviers à bras inégaux. Choisissez-en un et identifiez son pivot, la force appliquée et la charge qu’il déplace — puis expliquez pourquoi le bras court est celui du côté de la charge.

• AP Physics 1 — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
• General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. Bienvenue au Levier inégal
2. Sélectionnez le levier
3. Appuyez sur Lecture
4. Bras inégaux, couples égaux
5. Ouvrez les données
6. Vous avez réussi !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Couple et loi du levier