Qu'est-ce qu'un couteau, une punaise et un ciseau ont en commun? Si vous pensez qu'ils sont tous tranchants et peuvent couper ou percer des objets, vous avez en partie raison, mais ajoutez maintenant un arrêt de porte à la liste. Il n'est pas particulièrement tranchant et ne peut rien couper, mais il appartient toujours, car tous les éléments sont des exemples de coins.
Le coin de est l'un des six appareils connus de la science comme des machines simples. Outre le coin, les machines simples comprennent le plan incliné, la vis, la roue et l'axe, la poulie et le levier. Certains scientifiques incluent l'engrenage comme septième entrée, mais d'autres considèrent l'engrenage comme une machine complexe incorporant à la fois la roue et l'essieu ainsi que le levier.
Qu'est-ce qu'une machine simple ?
Une machine simple est un appareil rudimentaire qui multiplie la force que vous lui appliquez. Ce n'est pas un appareil avec des composants internes qui nécessitent une source d'alimentation, comme un moteur d'automobile, mais il n'est pas moins important pour travailler dans le monde réel. Les machines simples existent depuis aussi longtemps que la civilisation existe, et on pourrait même affirmer que le découverte de machines simples, telles que la roue et le coin, a rendu la civilisation possible dans le premier endroit.
Le compromis pour la force accrue exercée par une machine simple est que vous devez appliquer la force sur une plus longue distance. L'avantage mécanique de la machine se résume au rapport de la distance que vous appliquez une force à la distance la machine applique la force, et cette dernière doit être plus petite pour que l'avantage mécanique soit supérieur à 1. Utiliser une machine avec un avantage mécanique inférieur à 1 serait aussi utile que de regarder du mauvais côté d'un télescope.
L'avantage mécanique d'une cale
Un coin est similaire à un plan incliné à deux côtés, mais il est considéré comme une machine à part entière car il est toujours utilisé dans un but particulier, qui est de séparer les choses. Plus la pointe du coin est pointue et plus l'inclinaison de ses côtés est douce, plus le coin fournira de la force. C'est pourquoi les couteaux tranchants avec des lames fines sont meilleurs pour la coupe que ceux émoussés avec des lames épaisses.
En termes mathématiques, l'avantage mécanique idéal (IMA) d'un coin est le rapport de la distance à laquelle le coin pénètre dans le matériau qu'il fend (ré) à la largeur de la fente (W):
IMA = D/W
Il s'agit du calcul de la force du coin, mais vous ne pouvez pas l'utiliser pour calculer directement la force exercée par le coin dans un matériau particulier car il ne prend pas en compte le frottement. Vous rencontrez plus de friction dans le fromage que dans le beurre, et la friction agit pour compenser la force motrice du coin.
Comment calculer la force motrice
Vous pouvez utiliser l'avantage mécanique idéal d'une cale pour calculer la force sur la pointe d'une cale (FT) si vous connaissez la force appliquée à la cale (FUNE). La relation est :
FT = (IMA) × FUNE = P/L × FUNE
Cette relation est incomplète, cependant, car elle n'inclut pas la force de friction s'opposant à la cale. Cette force dépend du coefficient de frottement de la cale et du matériau qu'elle fend, elle est donc très variable. Si le coefficient de frottement cinétique entre le coin et le matériau est µ, la force de frottement totale (FF) s'opposant à la motion est :
FF = µFN
Où FN est la force normale exercée à la limite du coin et du matériau. FN dépend de l'angle de la cale.
Une fois que vous avez calculé FF, vous pouvez déterminer la force exercée par la pointe de la cale. Il est:
FT - FF