Le levier, la balance et la pression de l'air

Le levier, la balance et la pression de l'air

Le levier : une barre et un pivot

Un levier est une barre rigide qui tourne autour d'un point d'appui, le pivot. On applique une force d'un côté pour soulever une charge de l'autre. La règle est simple : plus la main est loin du pivot, moins il faut de force.

Force × distance de la force au pivot = charge × distance de la charge au pivot.

Exemple : un sac de 40 kg est posé à 0,5 m du pivot. Si je pousse à 2 m du pivot, il me faut une force équivalente à 40 × 0,5 ÷ 2 = 10 kg. Le levier a multiplié ma force par quatre.

Trois familles de leviers : le pivot au milieu (la balançoire, le pied-de-biche), la charge au milieu (la brouette, le casse-noix), la force au milieu (la pince à épiler, le bras qui soulève un seau).

Le frein de la Grande Roue

Le levier de frein manuel du poste de commande de la Grande Roue est long de 60 cm ; la tige qui serre le frein est à 5 cm du pivot. La force de la main est donc multipliée par 60 ÷ 5 = 12. L'opérateur serre le frein d'urgence avec une seule main, et la roue de plusieurs tonnes s'immobilise.

La balance

Une balance à plateaux est un levier dont le pivot est exactement au milieu. Quand les deux plateaux portent la même masse, la barre est horizontale : c'est l'équilibre. On pose l'objet d'un côté et des masses marquées de l'autre ; on ajoute des masses jusqu'à l'équilibre, puis on les additionne.

Une balance romaine a un seul plateau et un poids qu'on fait glisser le long de la barre graduée : plus le poids est loin du pivot, plus il équilibre une charge lourde. C'est la balance des marchés de Kinshasa.

Une balance ne mesure pas le poids mais la masse, en kilogrammes : la masse d'un sac est la même à Kinshasa et sur la Lune, même si le sac y pèserait six fois moins.

La pression atmosphérique

L'air a une masse : un mètre cube d'air pèse environ 1,2 kg. Au-dessus de nos têtes, il y a des kilomètres d'air qui appuient sur tout : c'est la pression atmosphérique. Elle vaut au niveau de la mer environ 1 013 hectopascals (hPa), soit un kilogramme sur chaque centimètre carré. Nous ne la sentons pas parce qu'elle appuie de tous les côtés, y compris de l'intérieur du corps.

Expériences : un verre rempli d'eau, couvert d'un carton et retourné, ne se vide pas — l'air pousse le carton par en dessous. Une bouteille en plastique vide et bouchée, mise au congélateur, s'écrase quand l'air intérieur refroidit.

Plus on monte, moins il y a d'air au-dessus : la pression baisse. Au sommet de la Grande Roue, 42 m plus haut, elle a déjà baissé d'environ 5 hPa ; à Lubumbashi, à 1 200 m d'altitude, elle est d'environ 880 hPa.

Le baromètre

Le baromètre mesure la pression. Quand la pression baisse vite, un orage approche ; quand elle monte, le beau temps revient. Le poste de commande du parc a un baromètre à côté de l'anémomètre : une baisse rapide déclenche la même prudence qu'un vent trop fort.

À retenir

• Levier : force × bras de force = charge × bras de charge.
• Balance à plateaux : équilibre quand les masses sont égales ; on mesure la masse.
• L'air pèse ; la pression atmosphérique vaut environ 1 013 hPa au niveau de la mer et baisse avec l'altitude.
• Le baromètre annonce le temps.