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Brouette en équilibre
Schéma d'équilibre statique d’une brouette. Comme le poids et l’action du sol sont verticaux, nécessairement pour que l’égalité vectorielle (1) soit possible, l’action du pousseur l’est aussi. Au niveau de la position du rouleur, l’équilibre est obtenu lorsque les articulations des épaules se trouvent dans un même plan vertical que les poignets et les appuis au sol. Alors l’équation traduit le fait que la roue et le pousseur se partagent la charge. La statique du solide est la branche de la statique étudiant l'équilibre des pièces dans un mécanisme. C'est un maillon essentiel dans le dimensionnement des systèmes mécaniques réels.
Équilibre d'une brouette dans une pente
Etude statique de la brouette. Les longueurs des forces sont en proportion en rapport avec ce quelles représentent vraiment, illustration de la complexité du solide par rapport au point matériel. De manière générale, le centre de poussée est distinct du centre de gravité. Lorsque la droite reliant le centre de poussée au centre de gravité n'est pas confondue avec la droite portant la résultante de la poussée, il en résulte un couple donc un basculement de l'objet.
Dessins et plans, Mécanique, Physique, Énergie mécanique, Couple (mécanique), Brouettes, Transports de matériaux
Brouette dans une descente
Schéma pour étude statique de la brouette : dans une descente (roue en aval), le point de concours des droites de forces est au-dessous du sol. L’étude montre que l’intensité de l’action du pousseur est à peu près la même. À cela s’ajoute le problème du contenu, surtout s’il est liquide. Dans une montée on peut corriger l’assiette en soulevant la brouette, dans une descente cela n’est plus possible dès que les pieds touchent le sol.
Coefficient de frottement
Coefficient de frottement : Le frottement vec{F} s'oppose au mouvement relatif entre les deux corps. Le frottement statique est une force qui tend à garder un corps en état statique. Elle dépend du poids apparent du corps et du coefficient de frottement statique, évalué en fonction de la nature des surfaces en contact. Lorsqu'une force est appliquée sur un objet au repos, la composante parallèle à la surface de la force est compensée par la force de frottement statique jusqu'à la valeur maximale de cette dernière. Mathématiquement, le frottement statique f_s est plus petit ou égal au coefficient de frottement statique mu_s multiplié par le poids apparent N.
Électrophore de Volta
Un électrophore, ou électrophore de Volta, est un générateur capacitif utilisé pour produire une charge électrostatique via le processus d'influence électrostatique. Une première version de a été inventée en 1762 par le professeur suédois Johan Carl Wilcke, mais le savant italien Alessandro Volta a amélioré et popularisé le dispositif en 1775. Le mot électrophore a été inventé par Volta à partir du grec ήλεκτρον (« Elektron ») et φέρω (« phero »); il signifie « porteur de l'électricité ».
Électrophore de Volta
Illustration d'un électrophore de Volta : manche isolant, disque, résine, moule ; peau de chat. Source : Leçons de Physique ; Éditions Vuibert et Nony, 1904. L'électrophore de Volta (Alessandro Volta, vers 1775) : Il se compose d'un gâteau de résine coulé dans un moule et d'un disque de laiton muni d'un manche isolant. C'est une source d'électricité créée par influence. On frappe le gâteau de résine avec une peau de chat, puis on dispose le disque conducteur au-dessus, sans qu'il y ait contact : l'électricité négative de la résine développe par influence de l'électricité positive sur la face inférieure du disque et de l'électricité négative sur la face supérieure. On touche alors le disque avec le doigt, l'électricité négative s'écoule vers le sol par l'intermédiaire du corps humain. On cesse alors le contact avec le doigt : le disque qu'on éloigne, en le tenant par le manche isolant, est alors chargé d'électricité positive. Le disque ainsi chargé permet de faire jaillir une étincelle entre lui et tout corps conducteur. Les machines à influence peuvent être considérées comme des électrophores momentanément perpétuels par addition de charges. L'énergie mécanique est transformée en énergie électrique par l'apport additionnel de charges à une petite charge initiale.
Photographie, Tōkyō (Japon), Électricité, Électricité statique, Friction, Électricité -- Matériel, Générateurs primaires (électricité)
Elekiter japonaise
Générateur d'électricité statique par friction, Hiraga Gennai, National Museum of Nature and Science, Tokyo, Japon.
Force appliquée selon un appui plan
Force appliquée selon un appui plan : la liaison appui plan, appelée aussi liaison plane, présente 3 degrés de liaison. Ils forcent le mouvement à rester dans un plan. Les deux translations et la rotation dans ce plan sont libres. L'appui des trois pieds d’un tabouret sur un sol plan constitue une liaison plane. Le quatrième pied d’une chaise ne touche le sol que si les extrémités des pieds sont parfaitement coplanaires ; le système est alors hyperstatique les liaisons étant en surnombre par rapport au besoin de guidage. Un mécanisme est l'association de plusieurs pièces liées entre elles par des contacts physiques qui les rendent totalement ou partiellement solidaires, selon qu'ils autorisent ou non des mouvements relatifs. La liaison mécanique est le modèle utilisé pour décrire cette relation dont la considération est primordiale dans l'étude des mécanismes. Elle emploie des représentations mathématiques qui diffèrent suivant qu'on l'aborde sous l'aspect cinématique (étude des mouvements ou guidages) ou sous l'aspect statique (étude de la transmission d'efforts). La notion de liaison mécanique se définit plus généralement entre groupes de pièces, appelés classes d'équivalence contenant respectivement des pièces entièrement solidaires. Un mécanisme est l'association de plusieurs pièces liées entre elles par des contacts physiques qui les rendent totalement ou partiellement solidaires, selon qu'ils autorisent ou non des mouvements relatifs. Elle emploie des représentations mathématiques qui diffèrent suivant qu'on l'aborde sous l'aspect cinématique (étude des mouvements ou guidages) ou sous l'aspect statique (étude de la transmission d'efforts). La notion de liaison mécanique se définit plus généralement entre groupes de pièces, appelés classes d'équivalence contenant respectivement des pièces entièrement solidaires.
Forces non censervatives : Frottements
En physique, le frottement (ou friction) est une interaction qui s'oppose à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact. Le frottement peut être étudié au même titre que les autres types de force. Son action est caractérisée par une norme et une orientation, ce qui en fait un vecteur. L'orientation de la force de frottement agit en sens inverse du déplacement du corps qui subit une autre force. En première approximation, la vitesse à laquelle deux surfaces frottent l'une sur l'autre n’influence pas l'intensité de la force de friction qui s'oppose à leur mouvement relatif. Lorsqu'une force est appliquée sur un objet au repos, la composante parallèle à la surface de la force est compensée par la force de frottement statique jusqu'à la valeur maximale de cette dernière. Le frottement vec{F} s'oppose au mouvement relatif entre les deux corps. Le frottement statique est une force qui tend à garder un corps en état statique. Elle dépend du poids apparent du corps et du coefficient de frottement statique, évalué en fonction de la nature des surfaces en contact. Le frottement cinétique survient lorsque deux surfaces glissent l'une contre l'autre. L'importance du frottement cinétique varie en fonction du coefficient de frottement cinétique qui, tout comme le coefficient de frottement statique, varie selon le type de matériaux en contact, et le poids apparent du corps en mouvement.
Dessins et plans, Liquides, Physique, Gouttes, Solides, Capillarité, Gouttes -- Dimensions, Mouillage (chimie des surfaces)
Formes d'une goutte
Illustration de la longueur capillaire d'une goutte posée sur un liquide, sphérique ou aplatie selon sa taille, comparée à sa longueur capillaire. Il existe une très grande diversité de forme de goutte (sphérique, en larme, etc.). Ce sont les forces en présence (poids, tension de surface, inertie pour une goutte en mouvement) qui en déterminent la forme. Une goutte statique sur un solide peut être décrite de la même manière qu’une goutte dans l’air. Ainsi, si elle est suffisamment petite, la seule force qui détermine sa forme est la tension de surface. Par contre, l’angle de contact avec lequel la goutte repose sur le solide dépend des conditions de mouillage. Cet angle de contact et les conditions de mouillage sont décrits thermodynamiquement par le modèle de Young qui met en relation les tensions de surface et l'angle de contact à l’équilibre ( heta_mathrm{C}) du système goutte-substrat. L’angle de contact à l'équilibre en soi est physiquement difficile à mesurer. Une façon d'acquérir l'angle de contact à l'équilibre, est à travers sa relation (son lien) avec les angles de contact avançant ( heta_mathrm{A}) et reculant ( heta_mathrm{R}) qui quant à eux peuvent être mesurés facilement. Au final, la goutte aura donc une forme de calotte sphérique.
Machine de Wimshurst
Inventée par James Wimshurst à la fin du XIXe siècle, elle ne fut pas la première à utiliser l'induction électrostatique. Mais sa puissance la rendit rapidement très populaire. Cette machine était constituée de deux disques en verre munis de lames d'étain, contre lesquels viennent frotter des balais garnis de fils métalliques. Les charges produites étaient récupérées par des peignes métalliques, et stockées dans des bouteilles de Leyde. La machine de Wimshurst est une machine électrostatique inventée en 1882 par l'anglais James Wimshurst. Cette machine fut historiquement utilisée pour illustrer de nombreux phénomènes d'électricité statique ou la production d'ozone (à l'odeur caractéristique) dans un arc électrique. Elle est encore présente dans de nombreuses écoles. La machine de Wimshurst a une apparence caractéristique. Elle est équipée de deux larges disques constitués de matériaux isolants et recouverts de secteurs métalliques. Les deux disques tournent en sens opposé l'un par rapport à l'autre dans un plan vertical, les connexions se font à l'aide d'un dispositif de balais à friction permettant ainsi de récupérer la charge et d'emmagasiner l'énergie dans les bouteilles de charges (principe du condensateur). Au voisinage de pointes métalliques adéquatement connectées, et reliées à deux sphères convenablement disposées à une distance pouvant provoquer un étincelage, ce dispositif se nomme : éclateurs.
Machine électrique de Holtz
Machine électrique de Holtz, dite machine à influence. Source : Bibliothèque des merveilles - Forces Physiques. Entre 1864 et 1880, W. T. B. Holtz a construit et a décrit un grand nombre de machines à influence considérées comme les plus avancées de l'époque. La machine de Holtz est composée d'un disque de verre monté sur un axe horizontal fait pour tourner à une vitesse considérable par démultiplication. Un autre disque, immobile, porte des échancrures dans lesquelles passent de petites pattes conductrices qui permettent aux inducteurs de se décharger.