Donnez-moi un point d'appui
Une machine simple ne crée pas d'énergie : elle permet d'échanger de la distance contre de la force. On pousse longtemps avec un petit EFFORT, et la machine déplace une lourde CHARGE sur une courte distance. Le mathématicien grec Archimède, qui a établi les règles du LEVIER au troisième siècle avant notre ère, aurait dit : « Donnez-moi un point d'APPUI, et je soulèverai le monde. » Un auteur plus tardif, Plutarque, raconte qu'Archimède l'a prouvé en tirant seul sur le rivage, grâce à un jeu de POULIES, un navire chargé à ras bord.
Il existe trois sortes de leviers, selon l'endroit où se trouve le point d'appui, ou PIVOT. Une BASCULE l'a au milieu. Une brouette l'a au bout, à la roue, avec la charge entre les deux. Une pince à épiler et votre propre avant-bras ont l'effort au milieu, ce qui donne moins de force mais plus de vitesse et de précision.
Des pentes déguisées
Un plan INCLINÉ, ou RAMPE, permet de monter une charge en la poussant longtemps sur une pente douce au lieu de la soulever tout droit. Un COIN est fait de deux pentes dos à dos, qui transforment une poussée en écartement ; une hache, un couteau, un ciseau à bois et une cale de porte sont des coins, et le curseur d'une fermeture Éclair utilise de petits coins pour serrer ses dents et les écarter.
Une VIS est une pente enroulée autour d'une tige. La vis d'Archimède, une grande vis qui tourne dans un tube, fait monter l'eau à mesure qu'elle tourne, et elle sert à irriguer les champs depuis plus de deux mille ans. On en construit encore dans des stations d'épuration et de petites centrales hydroélectriques, où les poissons peuvent la traverser sans danger.
Roues, essieux et un ordinateur tombé à la mer
Une ROUE fixée à un ESSIEU est un levier qui tourne en rond. Un petit tour à l'essieu devient un grand mouvement au bord de la roue, ou, dans l'autre sens, un grand tour de poignée devient une rotation puissante à l'essieu : c'est ainsi qu'une MANIVELLE, un TREUIL et un PALAN soulèvent de lourdes charges. Une poignée de porte et un volant fonctionnent de la même façon.
Un ENGRENAGE est une roue dentée, et chaque PIGNON s'emboîte dans le suivant pour changer la vitesse ou la direction. En 1901, des pêcheurs d'éponges qui exploraient une épave de l'époque romaine, près de l'île grecque d'Anticythère, ont remonté un bloc de bronze corrodé. À l'intérieur se cachaient au moins trente minuscules engrenages, et des scanners ont montré que l'appareil, vieux d'environ 2 000 ans, pouvait prédire les éclipses et les positions du Soleil et de la Lune ; on ne connaît rien d'aussi complexe pendant plus de mille ans ensuite. En 1642, un jeune Français de dix-neuf ans, Blaise Pascal, a construit avec des engrenages l'une des premières machines à calculer, la pascaline, pour aider son père, collecteur d'impôts.
Des machines dans les machines
La plupart des machines compliquées sont des machines simples assemblées. Un vélo, ce sont des roues, des essieux, des leviers dans les pédales et les freins, et des engrenages, comme le montre notre page sur le cyclisme ; une paire de ciseaux, ce sont deux leviers qui partagent un pivot, chaque lame étant un coin. Un RESSORT stocke de l'énergie quand on le comprime ou qu'on l'étire, puis la rend, comme dans un jouet mécanique. Chaque MÉCANISME perd un peu de son énergie en FRICTION, si bien qu'aucune machine ne rend tout à fait autant qu'on lui donne. La FORCE en jeu et la physique qui l'explique sont sur notre page sur la physique.