Levier inégal : avantage mécanique
1 · Prédire
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 ?
- Elle est plus grande que 50 N
- Elle est égale — 50 N
- Elle est plus petite que 50 N
2 · Configurer
- 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.
- 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.
- 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.
3 · Collecter les Données
| Force gauche (N) | Force droite (N) | Couple net (depuis la simulation) (N·m) | τ = r × F (calculé) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 100.00 | ||
| 50.00 | 50.00 | ||
| 20.00 | 100.00 |
Tracez la différence de force (Force droite − Force gauche) sur l’axe des x par rapport au couple net mesuré sur l’axe des y — rappelez-vous que les bras sont inégaux, donc le couple vaut 1 m × Force droite − 2 m × Force gauche. Que représente la pente et où la ligne passe-t-elle par zéro ?
4 · Analyser
- 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 ?
5 · Approfondir
- 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.
La physique derrière cette expérience
Couple
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.