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Le principe de levier en physique est utilisé pour simplifier différents travaux de montage et de construction ainsi que le transport de charges, dans de nombreux secteurs, comme l’artisanat, le bâtiment ou la production. Ces derniers peuvent utiliser des leviers, comme des barres à mine, des clés à molette ou des systèmes de grues afin de faciliter les opérations. L’utilisation de levier permet aussi de démultiplier les forces sur les machines, permettant de réaliser les processus de travail internes à l’entreprise de manière sûre et confortable. Pour cela, les différentes forces du levier doivent être calculées à l’aide de formules spécifiques au principe de levier.
Le levier comme base du principe de levier
Le levier est désigné en physique et en technique comme un transformateur de force : le corps du levier est rotatif autour de son propre axe. Ce fonctionnement est comparable à une balance. Ce principe concerne aussi bien les leviers simples ou doubles. Cette action permet de soulever ou de déplacer des charges lourdes, même avec un effort moindre.
En mécanique, l’analyse de la force du levier s’appuie sur la loi du levier qui en constitue la base théorique. Ce principe issu de l’Antiquité peut être exprimé avec la formule du principe de levier :
F₁ × d₁ = m × g × d₂
Le bras de charge désigne ici le côté sur lequel se situe la charge à mouvoir. Le calcul de la force de levier définit le côté où s’applique la force motrice qui actionne le système. Le point de rotation ou moment de force correspond à l’axe autour duquel le levier peut tourner. Le moment de force se définit comme suit :
M = F × d
On applique alors la règle suivante : plus le bras de levier « d » est long, plus le moment de rotation « M » est important.
Calcul de force du levier pour les leviers simples et doubles
Bien que la formule du principe de levier soit identique pour les leviers simples et doubles, la théorie les distingue parce que ces deux formes de leviers présentent des caractéristiques différentes.
| Levier | Caractéristiques |
|---|---|
| Levier simple | Le bras de charge et le bras de force coïncident, c’est-à-dire que les forces du levier s’appliquent seulement d’un côté du point de rotation. Le point de rotation se situe à une extrémité du bras de levier qui se trouve à l’extérieur des deux forces. Les forces agissent dans une direction. |
| Levier double | Les points d’application des forces se situent des deux côtés du point de rotation. Les forces agissent dans deux directions. |
Exemple de calcul :
Comme exemple de levier, prenons une brouette avec laquelle une charge de 100 kg doit être transportée. Par transformation de la formule
F₁ × r₁ = m × g × r₂
Vers F1
F1 = F2 × (r2/r1)
(Ainsi F1 devient plus petit, plus les poignées de la brouette sont longues)
Et r2 = 0,6 m et r1 = 1,8 m, on obtient :
F1 = 100 kg x 9,81 m/s² x 0,6 m / 1,8 m = 327 N
9,81 m/s² est l’accélération terrestre. 327 N représentent la force nécessaire pour soulever 327 N/9,81 m/s² = 33,33 kg.
La brouette et le principe de levier réduisent donc la force nécessaire d’un tiers. Ou autrement dit : grâce à l’action du levier, on peut générer cinq fois plus de force de levier au second bras de force. La formule pour le calcul de la force du bras de levier des leviers doubles peut également être appliquée aux leviers simples. Si vous devez, par exemple, déplacer une brouette chargée, les deux forces n’agissent certes que d’un côté, mais la charge génère deux bras de levier qui présentent une longueur différente.
Lorsque les leviers ne sont pas formés comme un corps droit, on parle aussi de leviers coudés ou de leviers angulaires qui trouvent, par exemple, leur application dans la balance à fléau. Pour tous les types de leviers, il faut considérer en plus de la force, le frottement au point de rotation. Quand le levier tourne autour de l’axe, une partie de l’énergie utilisée est transformée en chaleur. Un effort supplémentaire, selon le matériau du levier et la charge, est donc nécessaire pour le calcul du principe de levier.
Appareils de levage : utilisation de la force de levier en entreprise
De nombreux appareils de levage utilisent le principe de levier afin de réduire l’effort nécessaire pour soulever et déplacer les charges lourdes. Cela comprend aussi bien les engins de levage manuels ou électrohydrauliques, avec ou sans fonction inclinable. On les retrouve en logistique tout comme sur les chantiers et conjuguent une capacité de charge importante avec une manipulation aisée et confortable. Voici quelques exemples typiques d’engins de levage :
- Palans manuels et palans à chaîne
- Systèmes de grues
- Élévateurs de matériaux
- Appareils de levage
- Élévateurs de niveau
- Palans électriques à chaîne
Les appareils de levage représentent durablement une facilitation du travail dans de nombreux secteurs d’entreprise grâce à leur importante démultiplication de force. Ils contribuent à des processus de travail efficaces et sûrs qui améliore l’efficacité des processus en entrepôt et en production. De plus, les coûts d’exploitation peuvent être considérablement réduits dans de nombreux cas grâce à l’utilisation de ces équipements de travail de haute qualité qui optimisent les performances.
Vers les équipements de levage
FAQ sur le calcul de la force de levier
Un levier est désigné en physique et en technique comme un transformateur de force : le corps rigide du levier est rotatif autour de son propre axe qui fonctionne de manière comparable à une balance. Le principe de levier prend en compte les leviers unilatéraux et bilatéraux. L’action du levier permet de soulever et déplacer des charges lourdes, même avec un effort de force réduit.
Selon la loi du levier, le calcul du principe du levier pour les leviers simples avec poids supplémentaire ainsi que les leviers doubles peut être calculé avec cette formule : F₁ × r₁ = F₂ × r₂
Les leviers se distinguent en leviers unilatéraux et bilatéraux qui présentent des caractéristiques spécifiques. Les leviers unilatéraux se caractérisent par le fait que :
• Le bras de charge et le bras de force coïncident, c’est-à-dire que les forces du levier s’appliquent seulement d’un côté du point de rotation
• Le point de rotation se situe à une extrémité du bras de levier
• Les forces agissent dans une direction
Les leviers bilatéraux se caractérisent à leur tour par le fait que :
• Les points d’application des forces se situent des deux côtés du point de rotation
• Les forces agissent dans deux directions
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