La puissance
II est excellent de parler de la quantité de travail qu'un homme accomplit, mais encore faut-il, pour en apprécier le rendement, connaître quel temps il prend pour accomplir ce travail. Prenons le cas de l'aide briqueteur que l'on aperçoit à l'œuvre dans notre fig. 73.
Eh! bien, cet homme a transporté 3 tonnes de briques au deuxième étage de la bâtisse en construction où il travaille. En combien de temps ? Demandez-vous. Ça lui a pris 3 journées de 10 heures, soit 1,800 minutes pour accomplir cette besogne. Pour élever de 15 pieds 6,000 livres de briques, il a fourni un travail de 90,000 pieds/livres. N'oublions pas: force X distance = travail. Puisque l'exécution de ce travail a pris 1,800 minutes, on peut calculer que l'aide briqueteur a travaillé à la cadence de 90,000 / 1,800 = 50 pieds/livres par minute.
Nous avons là la puissance, c'est-à-dire la cadence à laquelle le travail s'accomplit. La puissance inclut par conséquent toujours l'élément temps. Un ouvrier qui accomplirait en une seule journée de 10 heures, soit en 600 minutes, le même travail que l'aide briqueteur dont il vient d'être question, travaillerait à la cadence de 90,000 / 600 = 150 pieds/livres par minute, c'est-à-dire à trois fois la puissance de cet aide briqueteur.
Ce principe de la puissance se résume par la formule suivante :
Le horsepower
On mesure la force en livres, la distance en pieds, le travail en pieds/livres. Quelle unité va-t-on prendre pour mesurer la puissance? C'est le horsepower (H.P.), unité de mesure qui ne correspond pas tout à fait au cheval-vapeur métrique (Le H. P. correspond à 1.014 C. V.).
Lorsqu'on veut expliquer à quelqu'un la force d'un moteur, on peut fort bien lui dire que ce moteur est tant de fois plus fort qu'un homme, qu'un bœuf ou qu'un cheval. Mais quel homme ? Et le bœuf de qui ? le cheval de qui ? James Watt, inventeur de la machine à vapeur, compara ses premiers modèles de moteurs au cheval. Au moyen d'expériences, il trouva qu'un cheval moyen pouvait tirer une charge de 330 livres sur une hauteur verticale de 100 pieds en une minute.
La fig. 74 nous permet de voir quel dispositif Watt employa pour faire cette démonstration. D'un commun accord, les savants ont accepté ce chiffre de 33,000 pieds/livres de travail accompli en une minute comme norme (standard) de puissance et ils l'ont baptisée horsepower (H.P.). Or, chaque minute comptant 60 secondes, un H.P. est aussi égal à:
Ce principe se résume dans la formule suivante:
Calculs relatifs à la puissance
II n'est pas difficile de trouver combien de puissance est nécessaire pour accomplir un certain travail au cours d'une période donnée, ni de prédire quelle grosseur de moteur il faudra pour faire ce travail. Supposons qu'à bord d'un navire, un treuil doive tirer à 120 pieds de profondeur une ancre de 6,600 livres en 2 minutes, quelle devra être la puissance théorique du moteur ?
La première chose à faire consiste à trouver la cadence à laquelle ce travail devra être accompli. Il suffit, pour cela, de se rappeler la formule
En substituant les valeurs connues à cette formule, on obtient:
Par ce calcul, on sait maintenant que le treuil doit travailler à une cadence de 396,000 pieds/livres par minute. Pour convertir ce résultat en Horsepower, il ne suffit plus que de le diviser par ce que vaut un H.P. —soit 33,000 pieds/livres/minute.
Théoriquement, le treuil devrait être en mesure de travailler à la cadence de 12 H.P. de manière à remonter l'ancre en 2 minutes. Mais il faut tenir compte de la friction — et il n'en a pas été question dans ce problème —de sorte que le moteur qui actionnera le treuil devra développer une puissance supérieure à 12 H.P. si l'on veut qu'il réussisse à faire monter l'ancre.
Appliquons la même théorie à un monte-charge. A un moment donné, avant que soit entreprise la fabrication d'un monte-charge, un ingénieur doit calculer quelle force motrice il faudra utiliser pour qu'il fonctionne bien. C'est un problème pratique qui n'est pas très difficile à résoudre, si l'on sait s'y prendre comme il faut. Admettons qu'il s'agisse d'une assez grosse installation: d'un monte-charge qui pèse dix tonnes et qui sera appelé à monter une charge maximum de dix tonnes à la cadence de 25 pieds en 10 secondes. Grâce à ces données, vous devez être en mesure de trouver quelle devra être la force du moteur qui permettra à ce monte-charge de bien accomplir son travail. Par les formules:
on sait immédiatement comment procéder. Substituons les valeurs connues aux lettres de ces formules et nous trouvons :
Donc, il faudra qu'un moteur efficace à 100 pour cent développe 136.4 H.P. pour faire fonctionner un monte-charge répondant à ces spécifications. Par ailleurs, si le moteur ne donne qu'un rendement de 70 pour cent, il faudra recourir à la formule:
C'est à ce rendement que le moteur devra pouvoir travailler. Afin de se garder une marge satisfaisante de sécurité, on installera probablement sur ce treuil un moteur de 200 H.P., autrement dit de 200 forces pour accomplir le travail.
Calcul de la puissance en h.p. d'un moteur
Tous les moteurs sont pourvus d'une plaque indicatrice de leurs caractéristiques. On y trouve, entre autres indications, celle de leur puissance en H.P. On peut recourir à plusieurs méthodes afin de déterminer cette puissance. L'une de ces méthodes consiste à se servir du frein de Prony dont la fig. 75 nous fait voir l'agencement.
Dans le frein dynamométrique de Prony, une poulie est fixée à l'arbre du moteur et une courroie de cuir passée autour de cette poulie de manière à y adhérer fermement. Attachées aux deux extrémités de la courroie se trouvent deux balances à ressort. Quand le moteur est au repos, chaque balance indique une traction égale, disons 15 livres. Mais dès que la poulie commence à tourner dans un sens, la friction de la poulie contre la courroie entraîne cette dernière, de sorte que la traction qui s'exercera sur la balance "A" sera plus grande, et celle qui s'exercera sur la balance "B" sera plus faible que 15 livres.
Supposons que la balance "A" indique 25 livres et la balance "B" 5 livres. C'est une indication que la traction ou force contre laquelle le moteur doit travailler, est de 25 - 5 = 20 livres. Dans ce cas la vitesse normale du moteur est 1,800 tpm (révolutions ou tours par minute) et le diamètre de la poulie est d'un pied. On peut trouver le nombre de tours qu'accomplit le moteur en maintenant pendant une minute le tachymètre "C" contre l'extrémité de l'arbre du moteur. Un tachymètre est un appareil conçu spécialement pour compter les tours.
La distance "D" que parcourt un point quelconque situé sur la poulie en une minute est égale à la circonférence de la poulie, multipliée par le nombre des révolutions qu'elle accomplit, soit:3.1416 X 1 X 1,800 = 5,652 pieds
On sait que le moteur exerce une traction — une force — de 20 livres sur ce parcours de 5,652 pieds. Le travail accompli en une minute est égal à sa force multipliée par la distance de sorte qu'en travail il produit:
Pour convertir ceci en H.P. on procède comme suit, selon la formule habituelle:
Voici quelques indications de puissance avec lesquelles tout le monde est familier: un malaxeur électrique de maison possède un moteur de 1/16 de force; une machine à laver en a un de 1/4 de force; certains avions sont pourvus de moteurs de 2,000 H.P. et un navire de guerre se déplace grâce à des moteurs totalisant jusqu'à 200,000 H.P.
Pour résumer
Deux points importants méritent d'être retenus concernant la puissance:
•—La puissance est la cadence à laquelle s'accomplit le travail.
•—L'unité de puissance est le horsepower.
Un horsepower équivaut au travail accompli à raison de 33,000 pieds/livres par minute, ou de 550 pieds/livres par seconde.
| Exercices | Réponses |
