CHAPITRE III

levier. — On appelle levier une tige solide et longue qui sert souvent à soulever les fardeaux ; soit P une pierre qu'il s'agit de soulever (fig. 11).

Fig. 41.

Levier du premier genre.

Nous engageons l'extrémité A du levier sous la pierre ; à une petite distance du fardeau, nous plaçons sur le sol un support S qui nous fournira un point d'appui ; à l'autre extrémité B nous exercerons un effort pour soulever. Or, le poids de la pierre représente la résistance; en B nous appuyons, et la pierre est soulevée ; il faut que la résultante de ces deux forces parallèles, le poids du corps et la pression que nous exerçons en B, passe par le point d'appui et soit détruite par lui ; ce qui exige que le rapport des lignes AS et BS, qu'on appelle les bras de levier, soit inverse de celui de la résistance à la puissance. Ainsi, la distance AS est-elle dix fois plus petite que BS, la résis • tance supportée sera dix fois plus grande que la puissance. A mesure que nous appuyons, la pierre se soulève; mais remarquons que les arcs de cercle décrits par les extrémités A et B

LEVIERS

sont de longueur bien différente : le chemin parcouru par la pierre est dix fois plus petit que le chemin parcouru par la puissance. Ce que Von gagne en force, on le perd en vitesse; ce principe s'applique dans toutes les machines ù l'aide desquelles l'homme exerce un effort plus' considérable que celui qu'il pourrait produire directement.

On distingue trois sortes de leviers suivant les positions relatives qu'occupeut la puissance, le point d'appui et la résistance.

1° Dans le levier du premier genre (fig. 11), celui qui a été décrit, le point d'appui se trouve entre la puissance et la résistance.

2° Le levier du second genre (fig. 12 ) offre la résistance entre le point d'appui et la puissance.

Levier du second genre.

Fig. 13.

Levier du troisième genre.

3° Dans le levier du troisième genre (fig. 13) la puissance se trouve entre le point d'appui et la résistance; alors le bras de la résistance est plus grand que celui de la puissance.

-tf

Fig. 14.

BAC levier coudé, AN, AM bras du levier.

Lorsque deux forces sont appliquées aux extrémités d'un levier coudé, on appelle bras de levier les longueurs des perpendiculaires abaissées du point d'appui sur les directions des

forces ; pour qu'il y ait équilibre, il faut que le rapport des

farces soit inverse de celui des bras de levier ainsi définis.

Ainsi, sur la figure 14, le rapport = doit être égal à 77: pour que le levier reste au repos.

Applications du levier. — Le levier est très-employé. Pour supporter les fardeaux, on emploie ordinairement un levier du premier genre; plus la barre est longue et la distance du point d'appui au fardeau petite, plus le fardeau est soulevé facilement.

La brouette inventée par Pascal offre l'exemple d'un levier du second genre ; l'axe de la roue sert de point d'appui, la résistance est le fardeau placé dans la brouette, la puissance est appliquée sur les bras ; plus les bras sont longs, plus le fardeau est voisin de la roue, plus il est facile de soulever cette machine.

La pédale du rémouleur nous offre un levier du troisième genre ; et, ici, on perd en force, mais on gagne en vitesse.

On trouve dans l'organisme des applications nombreuses du levier : les os sont les barres solides, aux arliculalions sont les points d'appui, les muscles sont les puissances.

Lorsque l'avant-bras est fléchi a angle droit sur le bras (fig. 15),

le triceps brachial attaché à l'apophyse olécronienne représente la puissance, le point d'appui se trouve dans l'articulation, la résistance est le poids de l'avant-bras. Nous sommes dans les conditions d'un levier du premier genre; mais la puissance

LEVIERS

voisine du point d'appui se trouve dans une position défavorable pour la force, favorable pour la vitesse imprimée au levier. Comme exemple de levier du second genre, on peut citer le mouvement de soulèvement du corps sur la pointe du pied (fig. 16). Le point d'appui se trouve à l'extrémité antérieure du

métatarse, la puissance est appliquée à la partie postérieure du calcanéum par le tendon d'Achille ; le poids du corps transmis sur l'astragale représente la résistance.

Le levier du troisième genre est le plus fréquent dans l'organisme. A la mâchoire inférieure, au niveau des dents incisives, on place la résistance ; la puissance, à l'angle de la mâchoire et à l'apophyse coronoïde ; le point d'appui, dans l'articulation. L'action du biceps sur le radius et les effets d'une foule d'autres muscles s'expliquent par des leviers du troisième genre; ainsi la puissance est sacrifiée à la rapidité des mouvements ; l'effet produit par un muscle est bien moindre que sa puissance réelle.

Hais une autre condition, l'obliquité de l'insertion des libres musculaires sur les leviers qu'ils doivent mouvoir, diminue encore leur puissance effective. Supposons l'avant-bras étendu

sur le bras et en pronatiou (lig. 17); considérons, par exemple, le muscle biceps brachial entrant en contraction ; nous savons que le premier effet de ce muscle c'est de porter l'avant-bras en supination, puis immédiatement la flexion commence ; au premier

instant, si nous représentons par IF la direction et l'intensité de la force du muscle, décomposons cette force en deux, l'une perpendiculaire à l'axe du radius élevant cet os et commençant la flexion, l'autre dirigée suivant l'axe de l'os ; nous voyons que la première composante IB est très-petite, et que la deuxième 1A, appliquant les surfaces articulaires l'une contre l'autre, est grande; Taisons tourner l'avant-bras et représentons-le dans deux positions successives telles qu'il forme avec le bras un angle obtus (fig. 18), puis un angle droit (flg. 19). Le point I

LEVIERS. 17

décrit un arc de cercle ; en I' construisons de même le parallélogramme des forces; la composante soulevante l'B' est beaucoup plus grande, est devenue même plus grande que la composante l'A' appliquant les surraces articulaires. Enfin, dans la troisième position de l'avant-bras fléchi à angle droit sur le bras (fig. 19), la force du muscle agit perpendiculairement sur le levier, elle agit tout entière ; c'est la position la plus favorable, il n'y a plus de composante de la force du biceps appliquant les surfaces articulaires; on dit que c'est le moment du muscle, c'est alors que cet organe agit avec le plus de puissance. i/i/ograpfitVm. — Comme application du levier, nous pouvons

parler ici du myographion imaginé par M. Hclmhollz (8g. 20), qui est très-employé en physiologie pour étudier les propriétés des muscles.

Aulour d'un axe 0 mobile dans un support fixe, peut tourner un levier long et léger abc; en b on attache une tige verticale fixée u sa partie supérieure à l'aide d'un crochet dans le tendon d'un muscle gaslrocnémien de grenouille ; le fémur est saisi dans une pince, et par suite les inscriions supérieures du muscle sont fixées. Au point a est articulée une petite tige ad a laquelle est fixée une aiguille de dont la pointe appuie sur la surface d'un cylindre de verre recouvert de noir de fumée, ou sur la surface d'un cylindre métallique recouvert de papier noirci de

même. Un faible ressort, fixé sur le levier principal près du point a, appuie par son extrémité libre sur la tige ad et maintient le style appliqué contre la surface du cylindre. Au point b est fixé un plateau dans lequel on peut placer des poids pour charger le muscle. A l'extrémité c du levier, avant d'attacher le muscle, on place un poids curseur dans une position telle qu'il fasse équilibre à l'autre partie du levier et au plateau vide.

On imprime au cylindre un mouvement de rotation uniforme, puis on excite le nerf scialique que l'on a conservé, ou bien on excite le muscle directement ; le point 6 est soulevé par la con -

Iraclion du muscle et le style décrit sur le cylindre une courbe qu'il faut étudier. On détache le papier qui recouvre le cylindre, on obtient une courbe telle que celle-ci (fig. 31) ;la ligne horizontale a été tracée par le style avant la contraction musculaire . La distance comprise sur cette ligne entre les extrémités de la courbe permet de calculer la durée de la contraction, car si le cylindre fait un tour par seconde, cl si celte distance est égale aux trois dixièmes de la circonférence du cylindre, la durée delà

contraction est £ de seconde. Le déplacement le plus grand du muscle se détermine par la mesure de la plus grande ordonnée de la courbe ; mais il faut remarquer que le chemin parcouru par le point a, comparé a celui que parcourt le point 6, est à peu près dans le rapport de ao à bo. Naus connaîtrons donc le soulèvement du muscle el le poids soulevé, deux éléments néces-

saires, comme nous le verrons plus loin, pour déterminer le travail d'une contraction musculaire.

•e la poniic — La poulie est un disque circulaire creusé sur le contour d'une rainure appelée gorge, et traversé en son milieu par un axe autour duquel il peut tourner. Les extrémités ils l'axe sont fixées à deux montants métalliques parallèles qui se réunissent et portent un crochel ; on donne à cette parlie le nom de chape.

Si l'on enroule une corde sur la gorge de la poulie, qu'on attache un fardeau à l'extrémité A (Hg. 22) el qu'on exerce un effort sur l'autre extrémité, on pourra soulever le fardeau cl lui imprimer un mouvement de bas en haut, tandis que la force se mouvra de haut en bas; ce second mouvement est plus facile pour nous que le premier, parce que nous pouvons agir par noire poids, aussi on emploie souvent la poulie. On fait usage de cette machine pour tirer de l'eau des puits. La poulie peut être utilisée d'une manière différente ; on la rend mobile, l'extrémité de la corde est attachée a un point fixe élevé, le crochet auquel est suspendu le fardeau est tourné vers le bas, les deux brimdela corde sont parallèles ffig. 23). Alors la tension exercée par le fardeau se partage entre les deux cordes, et si l'on tire l'une il faudra faire agir une puissance égale à la moitié de la résistance ; mais alors le déplacement de celle-ci sera la moitié au déplacement de celle-ln ; ici encore ce que l'on gagne en

force, on le perd en vilesse. On rend cette disposition plus commode en faisant passer l'extrémité libre de la corde sur une poulie fixe : on transforme ainsi un mouvement de bas en haut en un mouvement de traction de haut en bas. On trouve dans la mécanique animale des dispositions qui

Fig. 22.

Poulie fixe.

Poulie mobile.

rappellent les poulies. Dans le squelette, la partie inférieure de l'humérus offre la forme d'une portion de poulie à deux gorges, et l'extrémité supérieure du cubitus présente une conformation inverse, de sorte que les cavités de cet os s'emboîtent dans les saillies de la trochlée ou poulie humérale, rendent le mouvement de flexion et d'extension facile, et empochent les mouvements de latéralité. Quelquefois les tendons qui sont les cordes des muscles glissent sur des surfaces qui changent la direction du mouvement imprimé par les fibres; ainsi, A. l'angle interne et supérieur de l'orbite, on trouve un cartilage cylindrique en forme d'anneau dans lequel glisse le tendon du grand oblique qui est réfléchi à angle aigu ; l'action du muscle se fuit dans la direction d'une ligne qui, de l'insertion au globe de l'œil, se rend au centre de cet anneau.

Au niveau des articulations, les os sont plus volumineux ; les tendons glissent sur ces parties renflées, et leur insertion sur les os inférieurs se fait alors obliquement et non parallèlement aux

leviers qu'il Tant mouvoir, ce qui rend l'action du muscle beaucoup plus efficace.

Hais ici, comme dans le cas précédent, nous n'avons pas de vraies poulies ; la partie qui joue le rôle de poulie reste à peu près fixe, et c'est la corde ou le tendon qui glisse sur uue surface lubrifiée.

Mou/les. — Les moufles sont formées d'un assemblage de poulies (fig. 2a). Une chape supérieure, large, contenant trois compartiments, est traversée par un axe fixe horizontal autour duquel peuvent tourner trois poulies isolées. Une chape pareille est disposée infé ri eu rement. On attache à la partie supérieure l'extrémité d'une corde que l'un enroule sur l'une des poulies inférieures, puis sur la poulie supérieure correspondante, et ainsi successivement sur chaque poulie. On a six brins parallèles et le brio terminal. Attachons un poids au crochet inférieur, la tension sur chaque brin est le sixième de ce poids et l'effort que la puissance doit faire est aussi le sixième de la force de résistance, de sorte qu'on pourra soulever un poids de 60 kilogrammes, ou exercer une traction égale, avec un effort de 10 kilogrammes; mais le chemin parcouru par la puissance sera six fois plus grand que le chemin parcouru par la résistance.

Les moufles sont employées quelquefois pour réduire des luxations anciennes, mais il faut alors ménager la puissance, car on pourrait déterminer des fractures et même rtes arrachements du membre sur lequel on agit.

*i». — La vis est formée d'une tige cylindrique qui présente une hélice saillante dont la section est un triangle ou un carré; entre deux spires voisines, il eiisle une distance constante qu'on appelle le pas&e la vis.

L'écrnu est le moule exact de la vis, et lorsque la télé de lu vis, engagée dans l'écrou, fait un tour, l'extrémité opposée avance d'une longueur égale au pas. On fixe habituellement à

22 MACHINA SIMI'Lt;.

la tête une barre qui sert de manivelle ; la puissance est appliquée à l'extrémité et décrit alors un cercle dont cette tige est le rayon (lig. 25); le chemin parcouru par ta puissance est alors beaucoup plus grand que celui qui est parcouru par l'extrémité de la vis : ce que l'on perd en vitesse, on le gagne en force ; si le pas de la vis est cent Tais plus petit que la circonférence décrite par l'extrémité de la manivelle, un effort de un kilogramme appliqué en ce poinl pourra exercer sur un corps placé' entre l'extrémité de la vis et un sol fixe, une pression de 100 kilo-

grammes. On emploie, dans certaines expériences de physiologie, une petite presse à vis pour exprimer les liquides contenus dans les tissus.

La vis permet d'exercer des pressions tri s-c o n si d érables, aussi on l'utilise à cet effet dans certains instruments de chirurgie.

Quelquefois la vis passe dans un anneau, son extrémité appuie contre un obstacle, et c'est l'écrou qui est mobile parallèlement a l'axe du cylindre. La tôle de la vis fait-elle, un tour entier, l'écrou avance d'une longueur égale au pas; veut-on produire de très-petits mouvements, on emploie une vis dont la tête est large et le pas petit. Dans la machine a diviser, le pas est égal à un demi -millimètre ; une roue qui remplace la télé est d'un assez