Démultiplication des forces : le palan
De Wikidebrouillard.
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Présentation de l'expérience
Comment les grues de chantiers soulèvent-elles des charges lourdes aussi facilement ?
Matériel
- Fichier:Matériel1.jpg Un châssis ou point fixe
- Fichier:Matériel2.jpg Des poulies
- Fichier:Matériel2.jpg Deux poids de masses différentes
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Des pics à brochettes pour les axes
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De la ficelle
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Des bouchons de liège
L'expérience
La manipulation
Le palan est un mécanisme de levage constitué de deux parties (moufles), l'une fixe et l'autre mobile.
Il nous faut donc un point de suspension où sera accrochée la partie fixe; ce point est, ici, fourni par un chevalet mais le plafond ou un autre support peut faire l’affaire.
Au sommet du chevalet, on place la première partie, c’est-à-dire deux poulies enfilées côte à côte sur un axe horizontal fixé au point d’accrochage. Notre deuxième partie est constituée d'une poulie traversée par un axe auquel sera suspendue la charge à soulever. Cette partie sera donc mobile.
Il faut ensuite relier solidement le fil à l’axe du moufle mobile et faire passer ce fil dans les différentes poulies, en commençant par celle (sur le moufle fixe) opposée à son point d’attache ; puis on redescend s’enrouler sur la poulie du moufle mobile pour remonter ensuite par-dessus la deuxième poulie du moufle fixe.
Ici notre palan comporte trois poulies, une en bas, deux en haut. Il existe des palans ayant un nombre de poulies bien plus élevé. Nous avons trois « brins » de fil entre nos deux parties, ce qui équivaut au nombre total de poulies. La figure formée par ces brins est appelée le mouflage. On accroche la charge de 500 g à la partie mobile du palan et celle de 300 g à l'autre bout du fil.
Que voit-on ?
Le poids de 300 g chute lentement et soulève celui de 500 g. Par contre, la distance parcourue par les deux charges n'est pas la même. Le poids de 500 g parcourt une distance trois fois moins grande.
Explications
De manière simple
Pour lever une charge, il nous faut exercer une force supérieure au poids que l'on veut soulever. Le palan est un mécanisme qui permet de démultiplier cette force afin de soulever plus facilement des charges lourdes.
La démultiplication correspond au nombre de brins — donc au nombre total de poulies (fixe et mobiles) pour un palan. Par exemple, dans un mouflage à trois brins, la tension du fil est de l'ordre du tiers de la charge à lever (aux effets géométriques et dynamiques près) et la longueur de fil enroulée est de l'ordre de trois fois la course de levage. Ce que l'on gagne en force, on le perd en distance et donc en temps.
Questions sans réponses
Ici je mets les questions soulevées par l'expérience, qui n'ont pas trouvé de réponses !!
Allons plus loin dans l'explication
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