Petits rappels sur les notions de base

 

Force : La force est exprimée désormais en Newton alors qu'elle était chiffrée auparavant en kg. Un Newton représente la force qui communique, à un corps ayant une masse de 1 kilogramme, une accélération de 1 mètre par seconde au carré. 1 m/s2 correspond à l'accélération d'un mobile animé d'un mouvement uniformément varié, dont la vitesse varie, en 1 seconde, de 1 mètre par seconde.

F(N) = masse(kg) x accélération(m/s²)

La gravité étant de 9.81m/s², la force exercée par une masse de 5kg égale : 5(kg) x 9.81 (m/s²) = 49 Newton

Travail : Il y a "travail" au sens physique du terme lorsqu'une force F déplace un corps sur une certaine distance, par exemple l'élévation d'une masse de 75 kg à la hauteur de 1 mètre. Le travail se chiffrait en kilogrammètre (kgm) mais le système SI emploie désormais la Joule (J) qui représente l'élévation de 1N à la hauteur de 1 mètre, sois 0,102 kgm. Un kgm est égal à 9,81 J.

Travail = Force (N) x distance parcourue en vertical (m) = Joule (J)

La valeur du travail pour déplacer une masse de 75kg à la hauteur de 1 mètre vaut : 75(kg) x 9.81(m/s²) x 1(m) = 736 (J)

Puissance : La puissance est le travail exercé divisé par le temps qui y est consacré. C'est ainsi qu'un cheval-vapeur correspond à l'élévation de 75 kg à la hauteur de 1 mètre en une seconde (1ch = 75 kgm/s) et qu'un kW est la puissance nécessaire pour élever 1000 N à 1 mètre en 1 seconde. 1 kW = 1,36 ch et 1 ch = 736 W

Mouvement rectiligne : Puissance(W) = Force(N) x Vitesse rectiligne de déplacement (m/s)

Mouvement circulaire : Puissance(W) = Couple(Nm) x Vitesse de rotation (rad/s) cf "Application des notions de puissance et de couple"

La puissance que développe un homme soulevant un poids de 10kg à la hauteur de 1 mètre en 2 secondes est égale à :

P(W) = 10(kg) x 9.81(m/s²) x 1(m) / 2(s) = 49 (W)

Couple : Couple = force x levier ou M = F x d
Le levier est l'écart entre le point d'articulation du levier et le point d'application de la force sur le levier. Il est possible à l'aide d'un levier court et d'une force élevée de produire le même couple qu'avec un bras de levier long et une force plus restreinte. Le couple s'exprime en Nm.

Une femme exerçant une force de 100 N pour desserrer un écrou avec une clé de longueur 0.5 mètre :

Couple exercé (Nm) = 100(N) x 0.5(m) = 50 Nm

 

Application des notions de puissance et couple : En essayant de tourner une clef dans une serrure, un volant, un robinet, de visser un bouchon ou un écrou, on exerce sur ces objets un couple. Si l’objet tourne, un certain travail est effectué. La puissance développée est d’autant plus grande que le temps mis pour accomplir un travail déterminé est court.

Un cycliste qui appuie de tout son poids sur une pédale produit un couple que l’on mesurait en kilogrammètres (mkg). Si ce cycliste pèse 90 kg et si la pédale est longue de 0,17 m, le couple obtenu est de 90 x 0,17 = 15,3 mkg , soit celui d’un moteur de 1,6 litre de cylindrée. Mais si la puissance de ce moteur est plus grande que celle du cycliste, c’est qu’il tourne plus vite, car le couple n’est que l’une des deux composantes de la puissance, l’autre étant la vitesse de rotation. La montée d’une dénivellation implique un travail déterminé ; plus le régime du pédalier ou du moteur est élevé et plus vite le travail sera exécuté, à couple identique.