Tout le monde se doute bien que les sciences, qu’il s’agisse par exemple de la chimie ou de la physique, ne sont pas des notions abstraites, comme on est souvent porté à le croire : elles ont des applications concrètes et indispensables au quotidien.

Dans le cours de sciences de deuxième secondaire, les élèves ont abordé, en décembre, des notions de physique appliquée... Il était question des « machines simples », c’est-à-dire des dispositifs mécaniques « élémentaires » – d’où le nom de « simples » –, qui permettent de transformer une force... La poulie et le levier font partie de ces machines simples.

Les poulies n’ont pas de secret pour Franck Perret, enseignant de sciences mais aussi, dans ses loisirs, capitaine au long cours (pour parler comme le capitaine Haddock). Franck, en effet, est un féru de voile; ses étés se passent sur l’eau, et il ne rêve que du jour où il lèvera l’ancre pour un très long périple vers les mers du Sud. Quel rapport entre la voile et les poulies? Palans et poulies sont indispensables sur un voilier; ils servent à border les voiles, avec des efforts réduits...

Franck a donc décidé d’utiliser son matériel de voile pour rendre la physique plus concrète chez ses élèves.

　
Palan et poulies

Le palan, selon la définition du logiciel Antidote, est un « appareil de levage muni d’un mécanisme démultiplicateur qui permet de soulever, de déplacer de fortes charges avec un effort moteur relativement faible ».

Le palan fonctionne avec deux groupes de poulies, un fixe et l’autre mobile; chaque groupe peut contenir une ou des poulies. Une corde glisse autour des poulies; une extrémité est attachée à la charge, alors que l’autre extrémité sera tirée par une personne (dans cet exemple). En augmentant le nombre de poulies, on réduit l’effort nécessaire pour soulever le poids; plus on augmente le nombre de poulies, plus on doit aussi augmenter la longueur de la corde à tirer.

L’enseignant a donc installé les points d’ancrage (la partie fixe) au plafond d’un corridor du collège, permettant aux élèves non seulement de bien voir à quoi ressemble un système de poulies, mais aussi de l’expérimenter concrètement. Les photos de l’album joint à cet article montrent que tour à tour, des élèves ont servi de charge à soulever, tandis que d’autres avaient à tirer la corde pour opérer le palan. Les apprentis physiciens ont constaté que la force de celui ou celle qui soulève n’a pas nécessairement à être très grande pour obtenir des résultats...

Les élèves ont aussi reproduit cette expérience en laboratoire, et découvert la formule permettant de calculer la force qui sera nécessaire au levage selon le nombre de poulies utilisées... Il est donc possible de consulter l’un de ces élèves si vous souhaitez mieux comprendre le processus!

　
Levier et bras de levier

L’occasion était également propice pour expérimenter une autre machine simple, soit le levier. Historiquement, le levier serait le premier mécanisme à avoir été utilisé par l’humain... Le principe est simple : il suffit d’un appui (très souvent un caillou, une pierre) et d’un levier (planche, branche, bâton)... Le levier se glisse sous l’objet à soulever... La façon dont est placé l’appui sous le levier – sa distance par rapport à la longueur du levier – influence l’effet qu’il produit. Bien placé, il permet de démultiplier la force musculaire, donc de soulever et de déplacer l’objet plus facilement.

Le bras de levier, c’est la distance qu’il y a entre l’appui et l’extrémité du levier. Les élèves ont appris à calculer les rapports entre cette distance et les résultats escomptés. Concrètement, ils en ont fait l’expérience avec une longue planche; un élève était debout sur une extrémité de celle-ci. Un deuxième élève devait appuyer sur l’autre extrémité de la planche pour soulever la charge. Selon l’endroit où l’appui était placé par rapport à cette extrémité, on pouvait vérifier la variation dans l’effort demandé pour parvenir à soulever la charge.

Un levier bien utilisé permettrait donc de soulever des poids incroyables... C’est en étudiant toutes les vertus de cette « machine » que le célèbre Archimède, au troisième siècle avant J.-C., aurait déclaré : « Donnez-moi un point d'appui, et je soulèverai le monde! »

Méfiez-vous désormais de nos physiciennes et physiciens de deuxième secondaire : ils connaissent le secret pour déplacer le monde! 

Source des illustrations : Le Visuel intégré (Antidote HD),
Éditions Québec Amérique 2009.

Marie Douville
Dam'dou rédaction - conception