Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
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forces et couples (suite)

Dynamomètres

Les dynamomètres utilisent les déformations de solides élastiques, étalonnées directement en forces, par exemple au moyen du poids de masses connues. La connaissance de g au heu d’étalonnage est en principe nécessaire, mais une précision médiocre est en fait suffisante, les dynamomètres étant eux-mêmes des appareils peu précis. Lorsqu’on applique une force à un dynamomètre, le support de cet appareil développe une réaction, qui est une force directement opposée à la force appliquée. La déformation du dynamomètre est la conséquence de ces deux forces opposées.

Dans le peson à ressort, un ressort hélicoïdal est déformé par la force à mesurer, qui exerce sur lui soit une traction, soit une compression. Dans ce dernier cas, le ressort est guidé pour éviter son flambement. La déformation (allongement ou raccourcissement) est approximativement proportionnelle à la force à mesurer.

Les dynamomètres à lames d’acier utilisent soit une lame en forme de V portant à ses extrémités deux tiges en arc de cercle glissant l’une devant l’autre (la lecture de la force est faite directement sur l’une de ces tiges), soit deux lames planes et parallèles à l’état de repos et liées par des traverses à leurs extrémités (la force appliquée fait fléchir ces lames et augmente leur écartement d’une quantité qui constitue une mesure de cette force).

Les dynamomètres en anneau utilisent une pièce élastique unique en forme d’anneau circulaire ou elliptique. L’application d’une force de traction selon un diamètre provoque une déformation de l’anneau (accroissement de la longueur de ce diamètre et diminution de la longueur du diamètre perpendiculaire), dont la mesure précise (avec un comparateur à cadran) fournit la valeur de la force.


Mesure de pression*

Une force F agissant sur un piston de surface S qui comprime un liquide exerce sur ce liquide la pression que l’on mesure. Un tel appareil, appelé dynamomètre hydraulique, permet de mesurer des forces de très grande intensité.

L’effet piézo-électrique d’une lame de quartz permet de ramener la mesure d’une force à la mesure d’une charge ou d’une tension électrique.


Mesure des couples


Dynamomètres de torsion

Ces dynamomètres sont constitués essentiellement, selon la grandeur du moment du couple à mesurer, par des fils de torsion ou des ressorts spiraux ou hélicoïdaux. Selon le même principe, on peut mesurer le couple transmis par un arbre tournant en mesurant la torsion de cet arbre. De nombreux dispositifs mécaniques, optiques, électriques ont été imaginés pour effectuer cette mesure. La figure 3 indique une méthode utilisant des jauges de contrainte à fil résistant. Elles sont collées selon des directions à 45° de l’axe de l’arbre et connectées de façon à constituer un pont de Wheatstone insensible aux variations de température et d’effort longitudinal. La source d’énergie et le dispositif de lecture peuvent être connectés au pont au moyen de contacts glissants, ou bien peuvent lui être couplés grâce aux phénomènes d’induction.


Freins d’absorption

L’axe d’un moteur est freiné par un dispositif produisant un frottement solide (frein de Prony), un frottement fluide (frein Froude), des courants de Foucault (frein électromagnétique), etc. Ce dispositif, qui tend à être entraîné par la rotation du moteur, est maintenu immobile au moyen d’une force appliquée à une certaine distance de l’axe du moteur. Le produit de cette force par cette distance est égal au couple du moteur.

P. C.

 E. A. Griffiths, Engineering Instruments and Meters (Londres, 1920). / J. Raibaud, Appareils et méthodes de mesures mécaniques (A. Colin, 1928). / A. Pérard, les Mesures physiques (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1947 ; 4e éd., avec la coll. de J. Terrien, 1970).

forces électrostatiques

Forces s’exerçant entre des corps porteurs de charges électriques.


Les forces électrostatiques sont, avec la gravitation et les forces nucléaires, les plus importantes de la nature. La cohésion interne des atomes et des diverses molécules chimiques est due à peu près entièrement aux forces électrostatiques entre électrons et noyaux. Quand on passe à une échelle plus grande, leur rôle devient moindre, et il disparaît presque entièrement au niveau cosmique.

La raison de cet effet d’échelle est l’intensité des interactions entre champ électrique et matière, qui rend impossible le maintien de champs électrostatiques très intenses lorsque la différence de potentiel totale dépasse quelques dizaines ou, dans le cas des gaz, quelques centaines de volts, et se trouve par suite suffisante pour provoquer, par l’intermédiaire des électrons libres, des phénomènes d’ionisation qui rendent le milieu conducteur.


Principaux cas

• Petits objets. La force est Q étant la charge de l’objet, le champ au point où il se trouve.

• Surface d’un conducteur. Elle subit une traction normale étant la permittivité du milieu fluide isolant, E l’intensité du champ à la surface.

• Objet diélectrique dans un champ uniforme Si sa charge est nulle, l’objet subit un couple étant son moment électrique total. Si la polarisation est rigide, le cas est semblable à celui d’un aimant dans un champ magnétique uniforme. Si la polarisation est induite (cas habituel), l’objet oriente sa grande dimension parallèlement au champ comme une barre de fer doux dans un champ magnétique. Si la charge totale de l’objet est Q, il faut ajouter au couple précédent la force Une telle charge est facilement acquise lorsque le milieu ambiant est ionisé.

• Objet diélectrique dans un champ non uniforme. Il y a une résultante même si la charge totale est nulle, et elle est orientée vers les champs croissants. Cette force, due à la polarisation, est généralement petite par rapport à celle que permet une charge totale non nulle, et surtout ne peut exister que sur de très courtes distances, puisque le gradient du champ doit être important.