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Comment utiliser le système de poulies

Utiliser un système de poulies est une excellente façon de déplacer des objets chez soi, mais comment ça marche ? Voyons ensemble les équations de base qui décrivent un système de poulies, les différents types de poulies et les consignes de sécurité à prendre en compte lors de leur utilisation. Voici quelques exemples. Rassurez-vous, vous trouverez toutes les informations nécessaires au même endroit !

Équations fondamentales des systèmes de poulies

Le système de poulies est composé de poulies et de cordes. Lorsqu'on tire sur la corde, le poids de la charge glisse dans la gorge et se retrouve de l'autre côté. Lors du déplacement du poids, la force appliquée parcourt une distance nx, exprimée en mètres. Avec quatre poulies, la corde parcourt une distance de 2x × 24. Avec n poulies, la distance parcourue par le poids est de 2n – 1.
L'avantage mécanique d'un système de poulies augmente avec la distance. Plus la distance sur laquelle la force est appliquée est grande, plus le bras de levier du système est important. Par exemple, si l'on utilise un système de poulies pour soulever une charge, l'une doit être fixée à la charge et l'autre au support. La charge elle-même ne bouge pas. Par conséquent, la distance entre les poulies doit être réduite, de même que la longueur du câble qui les relie.
Une autre façon d'appréhender l'accélération d'un système de poulies consiste à considérer les cordes et la poulie comme étant sans masse et sans frottement. En supposant que la corde et la poulie soient sans masse, leur mouvement devrait avoir la même amplitude et la même direction. Cependant, dans ce cas, la qualité de la corde est une variable dont l'importance est négligeable. Par conséquent, le vecteur de tension sur le bloc est désigné par la même variable que celle de la poulie.
Le calcul d'un système de poulies est relativement simple. On peut déterminer cinq avantages mécaniques pour un tel système. En effet, le nombre de cordes supportant la charge est égal à la force exercée sur ces cordes. Lorsque toutes les cordes se déplacent dans la même direction, le système présente un avantage mécanique de deux. On peut également utiliser une combinaison de poulies mobiles et fixes afin de réduire la force.
Pour calculer les forces agissant dans un système de poulies, on peut utiliser les lois du mouvement de Newton. La deuxième loi de Newton traite de l'accélération et de la force. La quatrième loi stipule que la tension et la gravité sont en équilibre. Ceci est utile pour soulever des objets lourds. Les lois du mouvement facilitent les calculs et permettent de mieux comprendre le fonctionnement des systèmes de poulies.

Types de poulies

Différents types de poulies sont couramment utilisés à diverses fins, notamment pour le levage. Certaines poulies sont flexibles ; elles peuvent donc se déplacer librement autour d'un axe central et modifier la direction de la force. D'autres sont fixes, comme les poulies à charnière, et sont généralement utilisées pour des charges plus lourdes. D'autres encore sont mobiles, comme les cordes enroulées. Quel que soit leur usage, les poulies sont très utiles pour lever et abaisser des objets.
Les poulies sont omniprésentes, des ascenseurs et monte-charges aux luminaires et rideaux. On les retrouve également dans les moteurs de machines à coudre et les portes coulissantes. Les portes de garage et de patio sont souvent équipées de poulies. Les grimpeurs utilisent un système de poulies pour escalader les rochers en toute sécurité. Ces systèmes comportent différents types de pignons qui permettent d'équilibrer le poids et la direction de la force.
Le système de poulies est le type de poulie le plus courant. Il exploite le principe de la démultiplication pour soulever des charges. On attribue à Archimède la découverte de la poulie vers 250 av. J.-C. en Sicile antique. Les Mésopotamiens utilisaient également des poulies, notamment des cordes pour actionner les moulins à eau et à vent. On retrouve même des systèmes de poulies à Stonehenge.
Un autre type de poulie est la poulie composée. Elle se compose d'un ensemble de poulies parallèles qui augmentent la force nécessaire pour déplacer des objets lourds. Ce type de poulie est surtout utilisé en escalade et en voile, tandis que les poulies composées se retrouvent également dans les rideaux de théâtre. Si vous vous demandez quelle est la différence entre ces deux types de poulies, voici un bref aperçu :

Avantages mécaniques des systèmes de poulies

Les systèmes de poulies offrent des avantages mécaniques considérables. Leur capacité à réduire l'effort nécessaire pour soulever des charges augmente avec le nombre de boucles de la corde. Cet avantage est proportionnel au nombre de boucles. Si la corde ne comportait qu'une seule boucle, la force nécessaire pour tirer une charge donnée serait la même. Mais en ajoutant des boucles supplémentaires, la force requise sera réduite.
Le système de poulies présente l'avantage de modifier la direction de la force, facilitant ainsi le déplacement d'objets lourds. Il existe des poulies fixes et mobiles. Les poulies sont utilisées dans de nombreuses applications d'ingénierie car elles peuvent être combinées à d'autres mécanismes. Si vous souhaitez découvrir les applications des poulies, poursuivez votre lecture ! Voici quelques exemples qui vous permettront de comprendre leur utilité en ingénierie.
Les poulies à simple effet ne changent pas de direction, contrairement aux poulies composées. Leur avantage mécanique est de six. Un système de poulies composées comprend une poulie mobile et une poulie fixe. L'avantage mécanique du système augmente lorsque le nombre de roues mobiles diminue. Ainsi, avec deux roues, il faut exercer une force deux fois plus importante pour soulever le même poids, car une poulie mobile est nécessaire.
L'avantage mécanique d'un système de poulies peut être optimisé en ajoutant des poulies ou en allongeant la corde. Par exemple, avec une seule poulie, l'avantage mécanique est minimal. L'utilisation de deux ou trois poulies permet de multiplier cet avantage jusqu'à cinq fois. On peut même l'augmenter jusqu'à dix fois avec plusieurs poulies.
L'utilisation d'un système de poulie simple mobile augmente également l'avantage mécanique du système. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de modifier la direction de la force pour soulever la charge. À l'inverse, un système de poulie multiple nécessite de déplacer la corde sur une plus grande distance pour générer la même force. L'utilisation d'un système de poulie composé permet de soulever des charges lourdes avec aisance.

Problèmes de sécurité liés à l'utilisation des systèmes de poulies

Les poulies possèdent une structure unique : un disque rainuré en son centre et traversé par un axe. Une corde est fixée à une extrémité de la poulie et tourne sous l'effet d'une force. L'autre extrémité de la corde est reliée à la charge. Grâce à cet avantage mécanique, il est beaucoup plus facile de tirer un objet à l'aide d'un système de poulies que de le soulever à la main.
Bien que les systèmes de poulies soient courants dans de nombreux procédés de fabrication, certains employeurs ne forment pas leurs employés à leur utilisation correcte ni n'installent de protections pour prévenir les blessures. Il est important de porter un équipement de protection individuelle (EPI) approprié et de respecter les consignes de sécurité en vigueur en laboratoire lors de l'utilisation de systèmes de poulies. Assurez-vous que les structures de support sont suffisamment robustes pour supporter le poids de la poulie ou du câble. En cas de chute, contactez immédiatement votre employeur.

Édité par CX