Eugene est un ingénieur de contrôle/instrumentation qualifié Bsc (Eng) et a travaillé comme développeur de logiciels électroniques& pour les systèmes SCADA.

la roue et L’essieu — L’une des six Machines simples classiques

Les roues sont partout dans notre société technologique moderne, mais elles sont également utilisées depuis l’Antiquité. L’endroit où vous êtes le plus susceptible de voir une roue est sur un véhicule ou une remorque, mais les roues sont utilisées pour une variété d’autres applications. Ils sont largement utilisés dans les machines sous forme d’engrenages, de poulies, de roulements, de rouleaux et de charnières. La roue repose sur le levier pour réduire la friction.,
la roue et l’essieu sont l’une des six machines simples classiques définies par les scientifiques de la Renaissance, qui comprend également le levier, la poulie, la cale, le plan incliné et la vis.

avant de lire cette explication qui devient un peu technique, il serait utile de lire un autre article connexe qui explique les bases de la mécanique.,
Force, masse, accélération et comment comprendre les lois du mouvement de Newton

L’Histoire de la roue

Il est peu probable que les roues aient été inventées par une seule personne et se soient probablement développées dans de nombreuses civilisations indépendamment au cours des millénaires. Nous ne pouvons qu’imaginer comment cela s’est passé. Peut-être qu’une étincelle brillante a remarqué à quel point il était facile de glisser quelque chose sur le sol avec des cailloux de Pierre arrondis dessus, ou a observé à quel point les troncs d’arbres pouvaient facilement être roulés, une fois coupés. Les premières » roues  » étaient probablement des rouleaux fabriqués à partir de troncs d’arbres et positionnés sous de lourdes charges., Le problème avec les rouleaux est qu’ils sont longs et lourds et doivent être continuellement repositionnés sous la charge, de sorte que l’essieu a dû être inventé pour maintenir un disque plus mince, effectivement une roue, en place. Les premières roues étaient probablement faites de pierre ou de planches plates réunies sous la forme d’un disque.

Moment d’une Force

pour comprendre le fonctionnement des roues et des leviers, nous devons comprendre le concept de moment d’une force. Le moment d’une force sur un point, c’est l’ampleur de la force multipliée par la distance perpendiculaire du point à la ligne de la force.,

pourquoi les roues facilitent-elles la poussée des choses?

tout se résume à réduire la friction. Alors imaginez si vous avez un poids lourd, reposant sur le sol. La 3ème loi de Newton stipule que « pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée ». Ainsi, lorsque vous essayez de pousser la charge, la force se transmet à travers la charge à la surface d’appui., C’est l’action. La réaction correspondante est la force de frottement agissant en arrière et dépend à la fois de la nature des surfaces en contact et du poids de la charge. Ceci est connu sous le nom de frottement statique ou stiction et s’applique aux surfaces sèches en contact. Initialement, la réaction correspond à l’action en amplitude et la charge ne bouge pas, mais finalement si vous poussez assez fort, la force de frottement atteint une limite et n’augmente pas davantage. Si vous poussez plus fort, vous dépassez la force de frottement limite et la charge commence à glisser., La force de frottement continue cependant à s’opposer au mouvement (elle diminue un peu une fois le mouvement démarré), et si la charge est très lourde et/ou que les surfaces en contact ont un coefficient de frottement élevé, il peut être difficile de la faire glisser.
Les roues éliminent cette force de frottement en utilisant un levier et un essieu. Ils ont encore besoin de friction pour pouvoir « repousser » le sol sur lequel ils roulent, sinon un glissement se produit. Cette force ne s’oppose cependant pas au mouvement ou ne rend pas plus difficile le roulement de la roue.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,

analyse de la roue Due à une Force à l’essieu

Cette analyse s’applique à l’exemple ci-dessus où la roue est soumise à une force ou un effort F à l’essieu.

Fig. 1

Une force agit sur l’essieu dont le rayon est d.

Fig. 2

deux nouvelles forces égales mais opposées sont introduites là où la roue rencontre la surface., Cette technique d’ajout de forces fictives qui s’annulent mutuellement est utile pour résoudre des problèmes.

Fig. 3

lorsque deux forces agissent dans des directions opposées, le résultat est connu sous le nom de couple et son amplitude est appelée couple. Dans le diagramme, les forces ajoutées entraînent un couple plus une force active là où la roue rencontre la surface., L’ampleur de ce couple est la force multipliée par le rayon de la roue.

donc couple Tw = Fd.

Fig. 4

il se passe beaucoup de choses ici! Les flèches bleues indiquent les forces actives, le violet les réactions. Le couple TW qui a remplacé les deux flèches bleues, agit dans le sens des aiguilles d’une montre., Encore une fois, la troisième loi de Newton entre en jeu et il y a un couple réactif limite Tr à l’essieu. Cela est dû au frottement causé par le poids sur l’essieu. La rouille peut augmenter la valeur limite, la lubrification réduit.

un Autre exemple de cela est lorsque vous essayez d’annuler un écrou qui est rouillé sur un boulon. Vous appliquez un couple avec une clé, mais la rouille lie l’écrou et agit contre vous. Si vous appliquez suffisamment de couple, vous surmontez le couple réactif qui a une valeur limite. Si l’écrou est bien saisi et que vous appliquez trop de force, le boulon tordre.,

en réalité, les choses sont plus compliquées et il y a une réaction supplémentaire due au moment de l’inertie des roues, mais ne compliquons pas les choses et supposons que les roues sont en apesanteur!

• Le poids agissant vers le bas sur la roue en raison du poids du chariot est W.
• La réaction à la surface du sol est Rn = W
• Il y a aussi une réaction à l’interface roue/surface en raison de la force F agissant vers l’avant. Cela ne s’oppose pas au mouvement mais s’il est insuffisant, la roue ne tournera pas et glissera. Ceci est égal à F et a une valeur limite de Ff = uRn.,

Fig., 5

Les deux forces qui produisent le couple Tw sont à nouveau représentées. Maintenant, vous pouvez voir que cela ressemble à un système de levier comme expliqué ci-dessus. F agit sur la distance d, et la réaction à l’essieu est fr.
la force F est amplifiée au niveau de l’essieu et est indiquée par la flèche verte. Son amplitude est:

Fe = F (d / a)

étant donné que le rapport entre le diamètre de la roue et le diamètre de l’essieu est important , c’est-à-dire d / a, la force minimale F requise pour le mouvement est réduite proportionnellement. La roue fonctionne efficacement comme un levier, amplifiant la force à l’essieu et surmontant la valeur limite de la force de frottement Fr., Notez également pour un diamètre d’essieu donné a, si le diamètre de la roue est plus grand, Fe devient plus grand. Il est donc plus facile de pousser quelque chose avec de grandes roues que de petites roues car il y a une plus grande force à l’essieu pour surmonter la friction.

Qui est Mieux, Grandes Roues ou des roulettes?,

Depuis

Couple = Force à l’Essieu x le Rayon de la Roue

pour une force donnée à l’essieu, le couple agissant sur l’essieu est plus grand pour les grandes roues. Ainsi, le frottement à l’essieu est grandement surmonté,et il est donc plus facile de pousser quelque chose avec des roues plus grandes. De plus, si la surface sur laquelle la roue roule n’est pas très plate, les roues de plus grand diamètre ont tendance à combler les imperfections, ce qui réduit également l’effort requis.,

Lorsqu’une roue est entraînée par un essieu, puisque

couple = Force à L’essieu X rayon de la roue

par conséquent

Force à L’essieu = couple/rayon de la roue

donc, pour un couple d’entraînement constant, les roues de plus petit diamètre produisent un effort de traction plus important à C’est la force qui pousse un véhicule.

Questions & Réponses

Question: Comment une roue de réduire l’effort?

réponse: il supprime le frottement cinétique qui s’oppose au mouvement vers l’avant lorsqu’un objet est glissé et le remplace par un frottement au niveau du battement de l’essieu/de la roue., L’augmentation du diamètre de la roue réduit proportionnellement ce frottement.