Cet article explique ce que sont les cales (machines simples). Ainsi, vous découvrirez en quoi consiste une cale lorsqu'il s'agit d'une machine simple, sa formule et ses applications. De plus, vous pouvez vous entraîner avec un problème résolu étape par étape.
Qu'est-ce qu'un coin (machine simple) ?
Un coin est une pièce en forme de triangle généralement en bois ou en métal et se terminant par un angle très aigu. Le coin est considéré comme l'une des six machines simples.
En tant que machine simple, la forme du coin est utilisée pour changer la direction de la force qui lui est appliquée. Ainsi, la cale sert à séparer un objet en deux, à soulever un objet ou à maintenir en place un objet statique.
Le fonctionnement d'une cale consiste à transformer une force appliquée à son extrémité en deux forces perpendiculaires à ses surfaces inclinées. Par conséquent, un coin est une machine simple qui permet de changer la direction d’une force.
Initialement, la force exercée sur la surface plane de la cale est transférée à son extrémité pointue, lui permettant de pénétrer dans un objet. Ensuite, lors de l'insertion de la cale dans le trou créé, la force appliquée sur sa surface plane est convertie en deux forces dirigées perpendiculairement aux faces inclinées de la cale, séparant ainsi l'objet en deux parties.
Formule Wedge comme une machine simple
L' avantage mécanique d'une cale réside dans le rapport entre sa hauteur et sa largeur. Par conséquent, l’avantage mécanique d’une cale en tant que machine simple est égal à la longueur de sa hauteur divisée par sa largeur.
La formule de la machine à coin simple est donc la suivante :
Ainsi, l'avantage mécanique est directement proportionnel à la hauteur de la cale et, en revanche, est inversement proportionnel à la largeur de la cale. C’est donc l’angle du coin qui détermine l’avantage mécanique de ce type de machine simple.
En bref, plus l'angle entre les faces inclinées est petit, plus la simple machine à coin aura un avantage mécanique. Cela signifie qu’il faudra utiliser moins de force pour vaincre la résistance.
utilisation du coin
Une fois que nous aurons vu quelle est la définition d'un coin en tant que machine simple et quelle est sa formule, nous allons voir les utilisations du coin pour bien comprendre sa signification.
Des exemples très clairs de l'utilisation du coin pour briser ou diviser un corps sont la hache et le clou, qui peuvent pénétrer dans un objet et le séparer ensuite en deux grâce au mécanisme de la simple machine à coin. Par exemple, le bois peut être coupé à l’aide d’une hache.
De même, le couteau, les ciseaux et les burins reposent également sur le fonctionnement de la cale comme une simple machine pour diviser un objet en deux.
En revanche, une autre application de la falca consiste à immobiliser un objet. Vous pouvez par exemple mettre une cale au pied d'une porte pour la maintenir en place afin qu'elle ne bouge pas, évitant ainsi que la porte ne se ferme à cause d'un courant d'air.
Exercice de coin résolu
Une force verticale de valeur F=10 N est appliquée au coin suivant dont l'angle mesure 40º. Quelle est la force R exercée par chacune de ses faces inclinées ?
Tout d’abord, nous réalisons le diagramme du corps libre du coin. Nous représentons donc toutes les forces agissant dans le système :
A noter que R x et R y sont les forces obtenues en vectorisant la force exercée par chacune des faces inclinées de la cale (R), et sont calculées à l'aide des formules suivantes :
Ainsi, si l’on pose l’équation verticale des forces agissant dans le système on obtient l’expression suivante :
Maintenant, nous substituons l'expression de la force R et dans l'équation :
Et enfin, nous substituons les données dans l'équation et effaçons l'inconnue :
