L'avantage mécanique de Block & Tackle

Une poulie de palan est une machine qui réduit considérablement la quantité de force nécessaire pour déplacer ou soulever un objet tel qu'une caisse lourde. Une poulie standard est composée d'une seule roue sur un axe avec une corde passant dessus. À elle seule, une poulie ne peut que changer la direction d'une force appliquée à un objet. Un système de poulies travaillant ensemble peut former un bloc et un palan, qui multiplie la force en plus de changer la direction de la force, ce qui signifie que moins de force est nécessaire pour déplacer un objet. Le degré auquel le bloc et le tacle multiplient la force est son avantage mécanique.

Les poulies et palans sont fréquemment utilisés dans les zones où la machinerie lourde n'est pas disponible et où la force humaine doit être remplacée. Dans l'Antiquité, les poulies et palans étaient utilisés dans les projets de construction pour déplacer de lourdes charges. À l'ère moderne, ils sont fréquemment utilisés sur les bateaux où il serait peu pratique d'avoir une grue ou d'autres machines de levage lourdes.

Si nous essayions de soulever un 200 lb. caisse du sol dans les chevrons d'un bâtiment, nous pourrions le faire en utilisant une simple poulie. Nous mettions une poulie dans les chevrons et passions une corde à travers elle, attachant une extrémité de la corde à la caisse. En tirant sur l'autre extrémité de la corde (la partie de halage), nous pouvions soulever la caisse dans les chevrons. Dans ce système, chaque fois que nous tirons la corde d'un pied avec 200 lb. de force, nous soulevons la caisse d'un pied. Levage avec moins de 200 lb. de force ne déplacera pas nos 200 lb. Caisse.

Si, au lieu d'attacher la corde directement à la caisse, on la faisait passer dans une nouvelle poulie attachée à la caisse puis on attachait l'extrémité de la corde aux chevrons, on aurait un palan. Maintenant, chaque fois que nous tirions l'extrémité libre de la corde, la corde devait passer deux fois entre les chevrons et la caisse. Il faudrait tirer deux pieds sur la corde pour soulever la caisse d'un pied. Cependant, nous n'aurions qu'à tirer avec 100 livres. de force.

Cette disparité entre la quantité de force nécessaire pour déplacer un objet et le poids de l'objet est l'avantage mécanique du palan. C'est la même chose que la disparité entre la quantité de corde que nous tirons par rapport à la distance parcourue par l'objet. Pour calculer l'avantage mécanique, on peut soit diviser le poids de l'objet soulevé par le force nécessaire pour le soulever ou nous pouvons diviser la quantité de corde que nous devons tirer par la distance de l'objet se déplace. Pour trouver l'avantage mécanique de notre machine par la première méthode, nous diviserions le poids de la caisse, 200 lb, par la force nécessaire pour le soulever, 100 lb, ce qui nous donne un avantage mécanique de deux. Diviser la quantité de corde que nous tirons à la fois, 2 pieds, par la distance à laquelle la caisse s'élève, un pied, nous donne la même réponse. En règle générale, le nombre de longueurs de corde entre les deux poulies d'un palan correspond à l'avantage mécanique de la machine. Dans notre machine, la corde passe de la poulie supérieure à la poulie inférieure et remonte jusqu'aux chevrons: deux longueurs de corde nous donnent notre avantage mécanique de deux.

Même si un bloc et un tacle diminuent la quantité de force nécessaire pour déplacer un objet, cela ne change pas la quantité de travail. Par exemple, un palan avec un avantage mécanique de quatre vous permettra de soulever un poids de 4 lb. objet avec seulement 1 lb. de force. Cependant, il vous faudra également tirer 4 pieds de corde pour soulever l'objet d'un pied.

Lorsqu'un objet se déplace contre un autre objet, une partie de l'énergie de l'objet en mouvement est perdue à cause de la friction. Dans un palan, un certain frottement dans les poulies réduira l'avantage mécanique de la machine. Pour inclure le frottement dans un calcul de l'avantage mécanique d'un palan, divisez le poids de l'objet soulevé par le poids nécessaire pour le soulever.