Le couple en physique : Définition et exemples

Le couple (également appelé moment, ou moment de force) est la tendance d’une force à provoquer ou à modifier le mouvement de rotation d’un corps. Il s’agit d’une force de torsion ou de rotation sur un objet. Le couple est calculé en multipliant la force et la distance. C’est une grandeur vectorielle, c’est-à-dire qu’elle a à la fois une direction et une magnitude. Soit la vitesse angulaire pour le moment d’inertie d’un objet change, soit les deux.

Unités de couple

Les unités du Système international de mesure (SI) utilisées pour le couple sont les newton-mètres ou N*m. Même si les newton-mètres sont égaux aux Joules, puisque le couple n’est pas un travail ou une énergie, toutes les mesures doivent être exprimées en newton-mètres. Le couple est représenté par la lettre grecque tau : τ dans les calculs. Lorsqu’il est appelé moment de force, il est représenté par M. En unités impériales, vous pouvez voir pound-force-foot (lb⋅ft) qui pourrait être abrégé en pound-foot, avec la « force » impliquée.

Comment fonctionne le couple

L’ampleur 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 force et le bras de levier.

La distance est le bras de moment, souvent désigné par r. C’est un vecteur qui pointe de l’axe de rotation vers l’endroit où la force agit. Pour produire un couple plus important, vous devez appliquer une force plus éloignée du point de pivotement ou appliquer une force plus importante. Comme l’a dit Archimède, s’il disposait d’un endroit pour se tenir debout avec un levier suffisamment long, il pourrait faire bouger le monde. Si vous poussez sur une porte près des charnières, vous devez utiliser plus de force pour l’ouvrir que si vous poussez sur la poignée de la porte deux pieds plus loin des charnières.

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Si le vecteur force θ = 0° ou 180°, la force ne provoquera aucune rotation sur l’axe. Elle s’éloignera de l’axe de rotation parce qu’elle est dans la même direction ou se rapprochera de l’axe de rotation. La valeur du couple pour ces deux cas est égale à zéro.

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

La règle de la main droite pour le couple

Un aspect délicat du travail avec le couple est qu’il est calculé à l’aide d’un produit vectoriel. Le couple est dans la direction de la vitesse angulaire qui serait produite par lui, donc, la variation de la vitesse angulaire est dans la direction du couple. Utilisez votre main droite et enroulez les doigts de votre main dans le sens de la rotation causée par la force et votre pouce pointera dans la direction du vecteur couple.

Couple net

Dans le monde réel, on voit souvent plus d’une force agir 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. « Physique : Principles with Applications », 7e éd. Boston : Pearson, 2016.
  • Walker, Jearl, David Halliday et Robert Resnick. « Fondements de la physique », 10e éd. Londres : John Wiley and Sons, 2014.
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