Boîte à outils de l'enseignant
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Le but de cette page
Cette section Appliquer aidera les élèves à comprendre comment un avantage mécanique est appliqué dans le monde réel en analysant le couple et la vitesse des vélos. Différents engrenages de vélo seront analysés en fonction du couple et de la vitesse.
Pédalez plus vite ou pédalez plus fort !
Lorsque vous roulez à vélo, il est important de maintenir une certaine vitesse de pédalage (également appelée cadence), quelles que soient les collines ou les routes plates. Pour transférer la puissance de la pédale aux roues, il faut utiliser des engrenages.
Il y a deux endroits où les engrenages existent sur un vélo. Le premier est relié à la pédale, appelé le plateau. Le deuxième endroit est relié au pneu arrière, appelé roue dentée ou pignon arrière. Les engrenages sont reliés par une chaîne. La chaîne transfère la puissance appliquée à la pédale aux roues et un avantage mécanique est créé en fonction de la taille des engrenages connectés aux pédales (cassette avant) et aux roues (cassette arrière).
Il existe différents vélos avec un nombre variable d'engrenages appelés plateaux et pignons. Un vélo à un seul rapport conserve un avantage mécanique fixe - les rapports qui se trouvent sur un vélo à un seul rapport ne changeront pas, que la personne pédale sur une route plate ou sur une colline. Cela signifie que la personne qui pédale doit mettre toute la pression sur ses jambes pour gravir des collines ou rouler beaucoup plus vite.
Un vélo à plusieurs vitesses permet à la personne qui pédale de maintenir la même vitesse de pédalage pour ajuster son avantage mécanique afin d'atteindre des résultats différents. Cela permet au cycliste de gravir des collines ou de voyager plus vite sans changer sa vitesse de pédalage.
Un vélo à plusieurs vitesses offre de nombreuses options pour utiliser l'avantage mécanique à leur avantage personnel. Un vélo à l'arrêt voudrait utiliser une combinaison d'engrenages adaptée à plus de couple (puissance de rotation) afin d'accélérer à partir d'un arrêt ou de gravir une grande colline. Un avantage mécanique pour le couple (plus de puissance de rotation) est obtenu lorsqu'un engrenage plus petit entraîne un engrenage plus grand. Dans le contexte d'un vélo, cela se produit lorsque la plus petite taille de plateau avant est associée au plus grand pignon arrière. Cependant, un vélo adapté au couple ne pourra pas se déplacer très rapidement.
D'autre part, un vélo qui se déplace déjà et qui veut atteindre une vitesse rapide doit utiliser une combinaison d'engrenages adaptée à plus de vitesse (vitesse de déplacement) afin d'atteindre une vitesse élevée sans avoir à pédaler des centaines de fois par minute. Un avantage mécanique pour la vitesse est obtenu lorsqu'un engrenage plus grand entraîne un engrenage plus petit. Dans le contexte d'un vélo, cela se produit lorsque la plus grande taille de plateau avant est associée au plus petit pignon arrière.
Avoir un avantage mécanique en vélo permet aux cyclistes de tirer le meilleur parti de la quantité d'énergie qu'ils exercent. Un avantage mécanique peut être appliqué dans de nombreuses situations différentes et devenir souhaitable lors de la conception d'un robot pour une compétition.