Force, moment, énergie, puissance : quelques rappels
Fondamental :
Dans ce cours, il est important de bien comprendre la formulation pour un mouvement de rotation autour d'un axe, puisque sur les moteurs et les machines, la transmission de la puissance est toujours effectuée via un arbre en rotation : l'axe du moteur, la prise de force du tracteur, l'axe d'une roue motrice, etc.
Remarque :
Nous ferons un parallèle entre la formulation pour un mouvement linéaire (une formulation qui vous est habituelle), et la formulation pour un mouvement de rotation autour d'un axe.
Vous êtes moins familiers avec les définitions d'énergie et de puissance pour les mouvement en rotation.
Force et moment
Mouvement linéaire
Dans le cas d'un mouvement linéaire, pour déplacer un objet, on doit lui appliquer un force F. L'unité internationale est le Newton [N]. |  |
Mouvement de rotation
Dans le cas d'un mouvement de rotation, l'application d'une force F se fait à l'extrémité d'un bras de levier de longueur l On définit le moment d'une force par M = F x l . L'unité internationale est le Newton.mètre [N.m]. |  |
Remarque : Moment d'une force et couple
Dans la plupart des cas, il n'y a pas une seule force qui entraîne la rotation d'un axe, mais un ensemble de forces. C'est par exemple le cas du vent qui entraîne la rotation d'une éolienne.
D'une manière générale, en physique, on appelle couple tout système d'actions mécaniques correspondant à un moment résultant non nul. Dans le reste du document, un couple C [N.m] correspondra donc au moment d'une force (et réciproquement).
Travail et Énergie
Mouvement linéaire
Une force travaille si son point d'application se déplace. Le travail se calcule en considérant l'intensité de la force F et la distance l parcourue par le point d'application de cette force. Quand une force travaille, une quantité d'énergie est transférée au système. Dans le cas d'un mouvement linéaire, l'énergie (en Joule) correspond au travail fourni par la force. |  |
Unité internationale : Travail : F [N] x l [m] = [J]
Mouvement en rotation
La définition est rigoureusement la même pour un mouvement en rotation. La distance parcourue par le point d'application de la force correspond à un arc de longueur 2π.l Dans ce cas, l'expression du travail de la force s'écrit donc F x l x 2π |  |
Unité internationale : Travail : F [N] x l [m] x angle [rad] = [J]
Remarque : ces deux définitions sont homogènes, par exemple 2π.r = p [m]
Puissance
Définition de la puissance
La puissance [W] est la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps.
Elle se calcule en divisant le travail par le temps.
Mouvement linéaire
Puissance = Travail / temps
F [N] x l [m] / t [s] = F [N] x v[m/s] = P [W]
Mouvement de rotation
Puissance = Moment / temps
F [N] x l [m] x angle [rad] / t [s] = C [N.m] x w [rad/s] = P [W]
Remarque : Force et vitesse
Noter que dans les deux cas la puissance peut aussi se calculer en multipliant :
l'intensité de la force par la vitesse (pour le mouvement linéaire)
le couple (ou moment de la force) avec la vitesse de rotation de l'axe exprimée en radian par seconde (pour le mouvement de rotation)
Cette notation est intéressante car elle permet de comprendre qu'il est possible de développer des puissances importantes :
lorsque l'intensité de la force est faible avec une vitesse rapide,
mais aussi lorsque l'intensité de la force est importante avec une vitesse lente.
Synthèse sur les grandeurs physiques utilisées
Complément :
Tableau de synthèse
