Les poulies sont des machines simples utilisées pour modifier la direction d'une force ou pour obtenir un avantage mécanique. Elles sont constituées d'une roue avec une gorge dans laquelle passe une corde, un câble ou une courroie.
Définition : Une poulie est une machine simple qui consiste en une roue munie d'une gorge sur son pourtour, destinée à recevoir une corde, une chaîne ou une courroie.
Une poulie fixe est attachée à un support fixe. Elle ne change que la direction de la force appliquée, sans modifier son intensité.
Une poulie mobile est attachée à la charge. Elle permet de réduire l'intensité de la force nécessaire pour soulever la charge.
Les systèmes de poulies multiples combinent plusieurs poulies fixes et mobiles pour obtenir un avantage mécanique plus important.
L'avantage mécanique (AM) d'un système de poulies est le rapport entre la force de sortie (poids soulevé) et la force d'entrée (force appliquée).
Pour un système de poulies idéal (sans frottement), l'avantage mécanique est égal au nombre de brins de corde qui soutiennent la charge mobile.
| Type de système | Avantage mécanique | Relation F/P |
|---|---|---|
| Poulie fixe | 1 | F = P |
| Poulie mobile | 2 | F = P/2 |
| Palans à n poulies mobiles | 2n | F = P/(2n) |
| Moufle à n brins | n | F = P/n |
Lorsque le système est en mouvement, il faut tenir compte des accélérations et appliquer la deuxième loi de Newton.
Où a₁ est l'accélération du point d'application de la force F et a₂ est l'accélération de la charge P.
Soit une poulie mobile soulevant une masse m = 10 kg. On applique une force F = 60 N.
Calculons l'accélération de la masse :
Le poids P = m·g = 10 × 9.8 = 98 N
Pour une poulie mobile idéale, on aurait F = P/2 = 49 N, mais ici F = 60 N > 49 N, donc le système accélère vers le haut.
Appliquons la deuxième loi de Newton :
2F - P = m·a₂
2×60 - 98 = 10·a₂
120 - 98 = 10·a₂
22 = 10·a₂
a₂ = 2.2 m/s²
Les systèmes de poulies sont utilisés dans de nombreuses applications :
Pulleys are simple machines used to change the direction of a force or to obtain a mechanical advantage. They consist of a wheel with a groove through which a rope, cable, or belt passes.
Definition: A pulley is a simple machine consisting of a wheel with a groove around its circumference, designed to receive a rope, chain, or belt.
A fixed pulley is attached to a fixed support. It only changes the direction of the applied force without changing its magnitude.
A movable pulley is attached to the load. It reduces the intensity of the force needed to lift the load.
Multiple pulley systems combine several fixed and movable pulleys to obtain a greater mechanical advantage.
The mechanical advantage (MA) of a pulley system is the ratio between the output force (lifted weight) and the input force (applied force).
For an ideal pulley system (without friction), the mechanical advantage is equal to the number of rope strands supporting the movable load.
| System Type | Mechanical Advantage | Relation F/W |
|---|---|---|
| Fixed pulley | 1 | F = W |
| Movable pulley | 2 | F = W/2 |
| Block and tackle with n movable pulleys | 2n | F = W/(2n) |
| Pulley system with n strands | n | F = W/n |
When the system is in motion, accelerations must be taken into account and Newton's second law must be applied.
Where a₁ is the acceleration of the point of application of force F and a₂ is the acceleration of load W.
Consider a movable pulley lifting a mass m = 10 kg. A force F = 60 N is applied.
Let's calculate the acceleration of the mass:
The weight W = m·g = 10 × 9.8 = 98 N
For an ideal movable pulley, we would have F = W/2 = 49 N, but here F = 60 N > 49 N, so the system accelerates upward.
Applying Newton's second law:
2F - W = m·a₂
2×60 - 98 = 10·a₂
120 - 98 = 10·a₂
22 = 10·a₂
a₂ = 2.2 m/s²
Pulley systems are used in many applications: