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L’effet de levier désigne la force nécessaire pour soulever des charges ou pour les déplacer. Celle-ci est produite par un levier, qui en physique et en technique est appelé l’avantage mécanique : le levier rigide peut pivoter sur son axe, comme une bascule.
La loi de levier prend en compte pour cela les leviers de première et deuxième classe. Le point commun de tous les leviers, c’est qu’ils permettent de modifier l’ampleur et la direction des forces. L’effet de levier permet ainsi de soulever et déplacer des charges lourdes avec un effort relativement moindre.
L’effet de levier physique est donc utilisé dans diverses entreprises d’artisanat, de construction et de production, avec des pieds-de-biche, des clés ou encore des systèmes de palans, afin de faciliter divers travaux de montage, de construction, ainsi que la manutention. L’effet de levier permet en outre d’assurer une transmission de puissance mécanique. Certains processus de travail internes peuvent ainsi être exécutés confortablement et en toute sécurité.
Calcul de la force selon le bras de levier pour des applications professionnelles
Il est possible de calculer le bras de levier en ligne. L’effet de levier est défini par la loi élémentaire des leviers. Cette loi de l’effet de levier physique est connue depuis l’Antiquité est la suivante :
Force x Bras de force = Charge x Bras de charge
Couple gauche = Couple droit
Le bras de charge désigne ici le côté sur lequel se situe la charge à mouvoir. Le calcul du bras de levier en prend compte. Le bras de force désigne le côté sur lequel se situe la force motrice. Le « pivot » ou « point d’appui » est le point sur lequel le levier est pivoté. On en déduit la formule de calcul de la force de levier :
Force de levier et bras de levier unilatéral et bilatéral
Les avantages mécaniques distinguent généralement les leviers unilatéraux et bilatéraux.
Calcul bras de levier unilatéral :
- Les points d’application des forces se situent de côtés différents du levier
- Le pivot se situe au centre du levier
- Les forces agissent dans deux directions et sont en équilibre lorsque les couples gauche et droit sont équilibrés
Exemple pratique du calcul de l’effet de levier unilatéral
Un cas pratique typique de levier unilatéral est celui d’un tournevis. Le mouvement de rotation du levier transmet une contrainte de traction à la vis ; en revanche, lorsque la vis est desserrée, la contrainte de traction diminue. Pour calculer la force de levier nécessaire pour les leviers unilatéraux, on peut utiliser cette formule :
M = r x F
Dans ce contexte :
M = Couple de rotation en Nm
r = la longueur du bras de levier en m
F = Force en N
Exemple de calcul du bras de levier : Avec un tournevis d’une longueur de levier (r) de 0,6 m, une vis de machine doit être serrée avec un couple (M) de 38 Nm. Après avoir changé la formule, vous calculez la force de levier nécessaire à cet effet de la manière suivante :
F = 38 Nm / 0,6 m
= Résultat : la force de levier nécessaire est de 63 N.
Calculer la force de levier pour les leviers à deux côtés
Les leviers à deux côtés se distinguent des leviers à un côté par les points suivants :
- les points d’application des forces sont situés de part et d’autre du point d’appui
- les forces agissent dans deux directions
Exemple pratique de bras de levier avec une formule pour les leviers bilatéraux
Des outils tels qu’une pince universelle sont des leviers bilatéraux typiques : il y a deux bras de levier qui se font face au niveau du point d’appui. Les forces de levier agissent donc dans deux directions.
Pour calculer la force de levier nécessaire pour les leviers à deux côtés, il faut appliquer la formule suivante :
F1 x r1 = F2 x r2
Dans ce cas :
F1 = Effort de levier 1
F2 = force de levier 2
r1 = longueur du bras de levier 1
r2 = longueur du bras de levier 2
Exemple de calcul : Pour une pince avec F2 = 500 N et r2 = 0,5 m ainsi qu’un r1 = 0,1 m, vous devez déterminer la force de levier F1. Après avoir changé la formule, calculez la force de levier pour ce levier bilatéral de la manière suivante :
F2 = 500 N x 0,5 m / 0,1 m
Résultat = 2500 N
L’effet de levier permet donc de générer 5 fois plus de force sur le deuxième bras de force. La formule pour le calcul de la force de levier sur les leviers à deux côtés peut d’ailleurs également être utilisée pour les leviers à un côté : si vous devez par exemple déplacer une brouette chargée, les deux forces n’agissent certes que d’un seul côté, mais en raison de la charge, il en résulte deux bras de levier de longueur différente :
Lorsque les leviers ne sont pas des corps droits, on parle aussi de leviers coudés ou de leviers angulaires. Ces derniers sont utilisés par exemple dans les balances d’inclinaison. Pour tous les types de leviers, il faut tenir compte, en plus de la force du levier, du frottement au point de rotation : Si le levier est tourné au-dessus de l’axe, une partie de l’énergie dépensée est transformée en chaleur. Il faut donc ajouter à la force de levier nécessaire un supplément de force en fonction du matériau du levier et de la charge.
Utilisation de la force de levier pour charges lourdes avec des engins de levage
Les engins de levage utilisent l’effet de levier décrit dans la loi du levier et réduisent ainsi considérablement l’effort requis pour soulever et déplacer des charges lourdes. Parmi ces engins figurent non seulement les systèmes et engins de levage manuels, mais aussi électrohydrauliques, avec ou sans fonction inclinable. Les engins de levage se retrouvent en logistique tout comme sur les chantiers et conjuguent une capacité de charge importante et une manipulation aisée et confortable. Voici quelques exemples typiques d’engins de levage :
- Treuils et palans
- Gerbeurs
- Grues
- Appareils d’inclinaison
- Transpalettes
- Appareils de levage
- Palans électriques à chaînes
En raison de leurs transmissions de puissance variables, les engins de levage facilitent le travail dans divers secteurs : ils contribuent à un déroulement des opérations sûr et efficace et augmentent le taux de rotation dans les stocks et la production. En outre, l’utilisation d’engins de levage hautement qualitatifs permet dans bien des cas de réduire considérablement les frais d’exploitation.
FAQ Effet de levier
La charge, le contrepoids, le pivot et le levier.
Il est possible de lever une charge lourde en utilisant un contrepoids avec une masse inférieure à celle de la charge en déplaçant le contrepoids à l’extrémité du levier. Ainsi on augmente la longueur du bras de levier. Plus le bras de levier est long et moins il faut de masse pour soulever la charge. De plus il est envisageable de faire varier la place du pivot, si cela est possible. Lorsqu’on déplace le pivot vers la charge, on augmente alors la longueur du bras de levier entre le pivot et le contrepoids. Plus le pivot est proche de la charge et moins il faut de masse pour soulever cette dernière.
Les tenailles, les pinces, les brouettes, les pieds-de-biche.
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