Cet article explique ce que sont les leviers. Ainsi, vous découvrirez en quoi consiste un levier en physique, les différents types de leviers et la formule qui permet de résoudre les problèmes de levier. De plus, vous pouvez pratiquer la théorie avec des exercices de levier résolus étape par étape.
Qu'est-ce qu'un levier ?
Un levier est une machine simple qui permet de transmettre une force et un déplacement. Autrement dit, un levier est un dispositif mécanique qui sert à augmenter une force appliquée à un objet, sa vitesse ou la distance qu'il parcourt.
En général, les leviers sont constitués d'une barre rigide pouvant tourner autour d'un point d'appui, appelé point d'appui.
Le levier est très ancien, on pense en fait qu’il a été inventé à l’époque préhistorique. En effet, le mécanisme à levier est très simple à réaliser et est également très utile car il permet d'augmenter considérablement la force exercée sur un objet.
Caractéristiques du levier
Étant donné la définition d'un levier, voyons quelles sont les différentes parties de ce type de machine simple :
- Point d'appui ou point d'appui (F) : c'est la partie du levier sur laquelle il repose. Par conséquent, il supporte tout le poids de la barre ainsi que les corps situés au-dessus.
- Effort ou puissance (P) : c'est la force appliquée au levier pour contrecarrer la charge située de l'autre côté.
- Charge ou résistance (R) : c'est la force qu'il faut vaincre.
- Bras de puissance (BP) : c'est la distance entre la puissance et le point d'appui.
- Bras de résistance (BR) : est la distance entre la résistance et le point d'appui.
loi du levier
Pour qu'un levier du premier degré soit en équilibre, l'équation doit être remplie selon laquelle la puissance multipliée par le bras de puissance est égale à la résistance multipliée par le bras de résistance.
La formule de la loi du levier est donc la suivante :
Où:
-
est la puissance (ou l'effort). -
est l'arme du pouvoir. -
est la résistance (ou charge). -
est le bras de la résistance.
types de leviers
Il existe trois types de leviers basés sur la position relative de la puissance, de la résistance et du point d'appui. Par conséquent, chaque type de levier est expliqué ci-dessous.
levier de première qualité
Le levier du premier degré , également appelé levier de première classe , est ce levier qui a un poids à chacune de ses extrémités et qui, dans une position intermédiaire, est le point d'appui.
Par conséquent, la principale caractéristique des leviers du premier degré est qu’ils ont le point d’appui (ou point d’appui) entre l’effort (ou la puissance) et la charge (ou la résistance).
Par exemple, le culbuteur, les ciseaux, les pinces ou les pinces sont des leviers de premier ordre. Même le corps humain peut agir comme un levier au premier degré lorsque nous essayons de soulever un poids.
Par ailleurs, trois classes différentes de leviers de premier degré peuvent être analysées :
- Levier du premier degré avec point d'appui centré : le point d'appui est en plein milieu du levier, c'est-à-dire que la distance du point d'appui à la puissance est la même que la distance du point d'appui à la résistance.
- Levier du premier degré avec point d'appui proche de la résistance : le point d'appui est plus proche de la résistance que de la puissance. Ainsi, le bras de puissance est plus long que le bras de résistance et par conséquent la puissance est plus petite que la résistance.
- Levier du premier degré avec point d'appui proche de la puissance : le point d'appui est plus proche de la puissance que de la résistance. Ainsi, le bras de résistance est plus long que le bras de puissance et donc la puissance est supérieure à la résistance.
levier du deuxième degré
Le levier du deuxième degré , également appelé levier de deuxième classe , est un type de levier dans lequel la charge (ou la résistance) se situe entre le point d'appui (ou point d'appui) et l'effort (ou la puissance).
Ainsi, les leviers du deuxième degré ont le point d’appui à une extrémité du levier et à l’autre extrémité, une force verticale vers le haut doit être appliquée pour soulever la charge.
Par exemple, les brouettes, les casse-noix et les ouvre-bouteilles sont des leviers du deuxième degré.
Par conséquent, dans les leviers du deuxième degré, le bras de puissance est toujours plus grand que le bras de résistance. Par conséquent, dans les leviers du deuxième degré, la puissance est toujours inférieure à la résistance.
levier du troisième degré
Le levier de troisième degré , également connu sous le nom de levier de troisième classe , est le levier qui exerce l'effort (ou la puissance) entre le point d'appui (ou point d'appui) et la charge (ou résistance).
Autrement dit, les leviers du troisième degré ont le point d’appui à une extrémité, la résistance à l’autre extrémité et la puissance quelque part entre les deux extrémités du levier.
Par exemple, les cannes à pêche, les pinces à épiler et les coupe-ongles sont des leviers du troisième degré.
Par conséquent, comme la résistance sera toujours plus éloignée du point d’appui que la puissance, dans les leviers du troisième degré, le bras de résistance est toujours plus grand que le bras de puissance. Par conséquent, la puissance à réaliser est également supérieure à la résistance.
Exercices résolus sur les leviers
Exercice 1
On place un corps de 50 kg à côté d'un levier du premier degré constitué d'une barre rigide de 300 cm. Si la distance entre la charge et le point d'appui est de 180 cm, combien doit peser le corps que l'on met de l'autre côté du levier pour qu'il soit en équilibre ?
Le levier dans ce problème est du premier degré et on ne connaît que la résistance (50 kg) et le bras de résistance (180 cm). Cependant, puisque nous connaissons la longueur de la barre, nous pouvons calculer le bras de puissance en soustrayant la longueur totale de la barre moins la longueur du bras de résistance :
Ainsi, on peut déterminer la valeur de la puissance en appliquant la règle du levier :
Nous substituons les données dans la formule :
Et enfin, nous résolvons l’inconnue de l’équation :
Exercice 2
Dans une brouette on met un objet qui pèse 70 kg à 50 cm du point d'appui. Si la partie où est maintenue la brouette est à 140 cm du point d'appui, quel est l'effort que nous devons faire pour pouvoir transporter l'objet avec la brouette ?
La brouette est un levier du deuxième degré, puisque la résistance se situe entre le point d'appui et la puissance. Par conséquent, pour résoudre le problème, nous devons appliquer la loi du levier :
Nous substituons les données que nous connaissons dans l'équation :
Et enfin, nous résolvons l’inconnue de l’équation :
Vous devez donc faire un effort équivalent à soulever 25 kg.
Exercice 3
Dans un levier du troisième degré, une force équivalente à 60 N doit être exercée pour contrecarrer une résistance de 15 N située à 80 cm du point d'appui. Calculez à quelle distance du point d'appui la puissance est appliquée.
Dans ce problème de levier du troisième degré, il nous est demandé de déterminer le bras du pouvoir. Donc, pour résoudre le problème il faut appliquer l’équation des leviers :
Nous substituons les données que nous connaissons dans l'équation :
Et on résout l'inconnue de l'équation :
La puissance doit donc être appliquée à 20 cm du point d'appui.