Le Levier, Introduction

Machine simple

La machine la plus simple, et sans doute aussi celle qui vous est le plus familière, est le levier. Le marin qui rame fait agir en sa faveur le principe du levier. Une brouette est aussi un levier. Votre bras également.

Un levier est constitué d'un objet long et rigide qui peut pivoter sur un point d'appui (ou pivot). Le levier est décrit par deux bras de levier, le bras de levier moteur (aussi appelé bras de force) et le bras de levier résistant (aussi appelé bras de charge). Ils sont respectivement compris entre le point d'appui du levier et les points d'application de la force motrice et de la force résistante. Pour les forces appliquées au levier, ont considèrent uniquement leur composante qui est perpendiculaire au levier lui-même. Il existe trois types de leviers, qui se distinguent par l'emplacement du point d'appui par rapport aux points d'application des forces motrice et résistante.

Trois facteurs sont essentiels au fonctionnement d'une rame, d'une brouette, de votre bras, en fait au fonctionnement de tous les leviers.

Examinez notre fig. 1. Vous y voyez un support ou ((ortilleux)) "F" appelé point d'appui (fulcrum); puis un effort "E" qui se trouve appliqué à une distance de "A" du point d'appui; enfin une résistance "R" qui se trouve à une distance "a" du point d'appui. Les distances "A" et "a" sont les bras du levier.
 

Observez comment le marin de notre fig. 2 applique son effort sur les manches de chaque rame. Le tolet (oarlock) sert de point d'appui et l'eau est la résistance qu'il faut vaincre. Dans ce cas, tout comme dans celui de la fig. 1, la force s'applique d'un côté du point d'appui, tandis que la résistance à vaincre se trouve du côté opposé.

C'est ce qu'on appelle un levier du premier genre (first class lever). Dans ce genre de levier les directions de l'effort appliqué et de la force contre la résistance sont opposées, en d'autres termes, en faisant mouvoir l'une des extrémités du levier dans un sens, l'autre extrémité se meut dans le sens opposé.
 

Il existe deux autres genres de leviers, ce sont les leviers du deuxième genre et du troisième genre. Le levier du deuxième genre (second-class lever) est parfaitement illustré par la brouette que fait voir notre fig. 3. Ici, la résistance à vaincre se trouve placée entre le point d'appui et le point où s'applique l'effort, cependant que la direction de l'effort et la force contre laquelle s'oppose la résistance sont les mêmes que dans le levier du premier genre. Pour soulever une charge, il vous faut exercer votre effort de bas en haut.

Les leviers du premier et du deuxième genres servent tous deux à vaincre des résistances comparativement fortes en ne déployant qu'un effort modéré. Vous savez qu'il est possible de transporter une charge beaucoup plus lourde en vous servant d'une brouette qu'à force de bras. Ceci est facile à comprendre, car en appliquant sur les mancherons d'une brouette une force d'environ 50 livres, vous pouvez soulever une charge de terre qui pèsera peut-être 200 livres ou plus.

Cependant, on ne se sert pas toujours des leviers du premier genre pour amplifier un effort. Quelquefois, comme c'est le cas avec une rame, ce levier vous procure un moyen commode d'appliquer votre effort: vous tirez le manche de la rame vers vous de façon à repousser l'eau dans une direction opposée.

Il se présente cependant des circonstances où il faut accélérer le mouvement de la résistance même au prix d'un effort considérable. Les leviers qui contribuent à multiplier l'effort de cette manière s'appellent les leviers du troisième genre (third-class levers). Ils sont faciles à distinguer des deux genres précédents du fait que l'effort y est toujours appliqué entre le point d'appui et la résistance. Mais là encore, comme c'est le cas pour les leviers du second genre, il faut tirer pour soulever un fardeau.

Examinez la fig. 4. Il est facile de constater que, pendant que le point "E" se déplace sur la courte distance "e", la résistance "R" a subi un déplacement "r" beaucoup plus grand. La vitesse de "R" a donc dû être plus grande que celle de "E", puisque "R" a couvert une distance plus grande pendant la même longueur de temps.