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Axe de rotation et bras de levier

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Objectifs
  • Connaitre la définition de l'axe de rotation d'un solide.
  • Connaitre la définition du bras de levier d’une force.
  • Connaitre les effets d’un bras de levier.
Points clés
  • Un solide est en rotation autour d’un axe Δ sous l’action d’une force .
  • Le bras de levier est la distance d entre la droite d’action (direction) de la force et l’axe de rotation Δ. Cette distance est toujours exprimée en mètre (m).
  • L’augmentation du bras de levier permet d’amplifier une force pour soulever ou déplacer un objet.
Pour bien comprendre

Les forces

1. Définition de l'axe de rotation

Il existe de nombreux mécanismes ou outils sur lesquels on exerce une force pour mettre un solide en rotation autour d’un axe.

La droite autour de laquelle peut tourner un solide s’appelle l’axe de rotation Δ.
Exemples
Lorsqu’on utilise une clé plate, on exerce une force qui met la clé en rotation autour de l’axe de l’écrou.

Clé plate
Lorsqu’on utilise un pied de biche, on exerce une force qui met l’outil en rotation autour d’un axe.

Cet axe de rotation est perpendiculaire à l’outil et passe par le point d’appui.

Pied de biche
Lorsqu’on ouvre une porte, on exerce une force qui met la porte en mouvement autour d’un axe qui passe par les gonds de la porte.

Ouverture d’une porte
2. Définition du bras de levier
La distance d entre l’axe de rotation Δ et la droite d’action (direction) de la force s’appelle le bras de levier.

Le bras de levier d'une force s'exprime en mètre (m).

Le bras de levier est toujours perpendiculaire à la droite d'action de la force. 
Exemples 

Clé plate

Ouverture d’une porte

Pied de biche
3. L'effet du bras de levier : expérience

On souhaite savoir comment varie la force lorsqu’on augmente le bras de levier. 

a. L'expérience

On utilise une clé à molette pour dévisser un écrou.
L’axe de rotation Δ passe par le centre de l’écrou et est perpendiculaire à l’écran.

Bras de levier de 15 cm

Avec un bras de levier de 15 cm, on applique une force de 100 N sur le manche.

Bras de levier de 30 cm

Pour obtenir le même effet mais avec un bras de levier de 30 cm, la force à appliquer n’est plus que de 50 N.

b. Conclusion
Pour obtenir le même effet de rotation, l’intensité de la force diminue lorsqu’on augmente le bras de levier.

L’augmentation du bras de levier permet d’amplifier une force pour soulever ou déplacer un objet.

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