Définition du couple en physique

Le couple (également connu sous le nom de moment ou moment de force) est la tendance d'une force à provoquer ou à modifier le mouvement de rotation d'un corps. C'est une torsion ou une force de rotation sur un objet. Le couple est calculé en multipliant la force et la distance. C'est une quantité vectorielle, ce qui signifie qu'elle a à la fois une direction et une grandeur. Soit la vitesse angulaire du moment d'inertie d'un objet change, soit les deux.

Unités de couple

Le système international d'unités de mesure (unités SI) utilisé pour le couple est le newton-mètre ou N * m. Même si les newton-mètres sont égaux aux Joules, puisque le couple n'est pas du travail ou de l'énergie, toutes les mesures doivent donc être exprimées en newton-mètres. Le couple est représenté par la lettre grecque tau: τ dans les calculs. Quand on l'appelle le moment de force, il est représenté par M. En unités impériales, vous pouvez voir des livres-force-pieds (lb⋅ft) qui peuvent être abrégés en livres-pieds, avec la "force" implicite.

Comment fonctionne le couple

L'amplitude du couple dépend de la force appliquée, de la longueur du bras de levier qui relie l'axe au point où la force est appliquée et de l'angle entre le vecteur de force et le bras de levier.

La distance est le bras de moment, souvent désigné par r. Il s'agit d'un vecteur pointant de l'axe de rotation vers l'endroit où la force agit. Afin de produire plus de couple, vous devez appliquer une force plus éloignée du point de pivot ou appliquer plus de force. Comme l'a dit Archimède, étant donné une place pour se tenir debout avec un levier assez long, il pourrait déplacer le monde. Si vous poussez sur une porte près des charnières, vous devez utiliser plus de force pour l'ouvrir que si vous l'avez poussée au niveau de la poignée de porte deux pieds plus loin des charnières.

Si le vecteur force θ = 0 ° ou 180 ° la force ne provoquera aucune rotation sur l'axe. Il s'agirait soit de s'éloigner de l'axe de rotation car il est dans le même sens, soit de se rapprocher de l'axe de rotation. La valeur du couple pour ces deux cas est nulle.

Les vecteurs de force les plus efficaces pour produire un couple sont θ = 90 ° ou -90 °, qui sont perpendiculaires au vecteur de position. Il fera le plus pour augmenter la rotation.

La règle de droite pour le couple

Une partie délicate du travail avec le couple est qu'il est calculé à l'aide d'un produit vectoriel. Le couple est dans le sens de la vitesse angulaire qui serait produite par lui, ainsi, le changement de vitesse angulaire est dans le sens du couple. Utilisez votre main droite et courbez les doigts de votre main dans le sens de rotation provoqué par la force et votre pouce pointera dans la direction du vecteur de couple.

Couple net

Dans le monde réel, vous voyez souvent plus d'une force agissant sur un objet pour provoquer un couple. Le couple net est la somme des couples individuels. En équilibre de rotation, il n'y a pas de couple net sur l'objet. Il peut y avoir des couples individuels, mais ils s'additionnent à zéro et s'annulent.

Sources et lectures complémentaires

• Giancoli, Douglas C. «Physics: Principles with Applications», 7e éd. Boston: Pearson, 2016. 
• Walker, Jearl, David Halliday et Robert Resnick. «Fundamentals of Physics», 10e éd. Londres: John Wiley and Sons, 2014.