Comprendre les leviers et le frottement

Tout levier comporte trois éléments : le point d'appui (ou pivot), la charge et le point où vous poussez ou tirez. La distance entre le point d'appui et la charge est le bras de charge, celle entre le point d'appui et votre main le bras de force. À l'équilibre : force fois bras de force égale charge fois bras de charge. Si votre bras est quatre fois plus long que le bras de charge, il ne vous faut en théorie qu'un quart de la force.

Il y a un prix à payer : votre extrémité du levier doit parcourir quatre fois plus de chemin que la charge. Le travail – force fois distance – reste le même, il est seulement réparti autrement. Un levier ne donne donc jamais rien « gratuitement ». Mais il permet d'échanger une force que vous n'avez pas contre une distance que vous pouvez parcourir.

Les leviers sont partout : un tournevis (pour ouvrir un couvercle de pot de peinture), des pinces, une brouette, un décapsuleur, une poignée de porte, des ciseaux. Sur une brouette, la charge se trouve entre la roue et les poignées ; sur une balançoire à bascule, le point d'appui est au milieu. Avec une pince à épiler, vous appuyez même entre le point d'appui et la pointe – vous n'y gagnez pas en force, mais en précision.

Le frottement apparaît là où deux surfaces sont pressées l'une contre l'autre. Même des surfaces qui paraissent lisses présentent de minuscules aspérités qui s'accrochent. Plus les surfaces sont pressées fort, plus le frottement est grand. Il dépend aussi du matériau : le caoutchouc sur la roche sèche adhère bien, le métal sur la glace presque pas.

L'eau, l'huile, la boue ou la glace agissent comme un lubrifiant entre les surfaces et réduisent fortement le frottement. C'est vrai pour les semelles de chaussures comme pour les nœuds ou pour un levier posé sur une pierre. Celui qui suppose que quelque chose tient aussi bien mouillé que sec s'expose souvent à une mauvaise surprise.

Le frottement est particulièrement impressionnant avec des cordes enroulées autour d'un arbre ou d'un poteau. Chaque tour augmente le frottement, et l'effet croît très vite à chaque tour supplémentaire. C'est pourquoi vous pouvez retenir une traction bien plus forte d'une seule main quand la corde fait plusieurs tours autour d'un poteau. Les nœuds ne tiennent eux aussi que par le frottement entre les parties de la corde – c'est pourquoi les cordes lisses, raides ou mouillées tiennent moins bien.

Le point d'appui doit être le plus près possible de la charge et stable en lui-même. Une pierre qui roule ou un sol meuble dans lequel le levier s'enfonce ruine tout le calcul. Le levier lui-même doit résister à l'effort : une branche pourrie, trop mince ou fendue casse précisément quand la charge est déjà en l'air.

Les valeurs calculées ne valent que dans le cas idéal. En réalité, il y a des pertes par frottement, le levier fléchit, le sol cède. Les leviers de fortune sont donc difficiles à évaluer. Ils conviennent pour desserrer un couvercle coincé, déplacer une pierre légère ou tendre un haubanage de tente – pas pour soulever des charges lourdes.

Si vous comprenez les leviers et le frottement, vous comprenez aussi mieux bien d'autres techniques : pourquoi un nœud coulant tendeur tient sur un hauban, pourquoi une clé plus longue desserre plus facilement un écrou grippé (et peut aussi abîmer filetages ou soupapes), et pourquoi des chaussures aux semelles usées glissent sur la roche mouillée.

Si une personne est coincée sous une charge, un véhicule ou des décombres, appelez immédiatement le numéro d'urgence local (112 dans l'UE). Soulever de telles charges est une tâche pour les secours, qui disposent du matériel adapté et savent comment sécuriser une charge pour qu'elle ne retombe pas. Un levier improvisé qui glisse ou casse peut aggraver la situation.

Même avec des charges plus petites : ne glissez jamais les mains ou les pieds sous ou derrière une charge soulevée. Gardez vos pieds hors de la zone où la charge pourrait tomber, et hors de la direction dans laquelle le levier pourrait se rabattre. Les leviers et les systèmes de cordes ne servent jamais à retenir ou à soulever des personnes.

Vous pouvez expérimenter les leviers en toute sécurité sur la table de la cuisine. Posez une règle sur un crayon qui sert de pivot, placez un petit poids, par exemple une tasse, à une extrémité et appuyez avec un doigt sur l'autre. Rapprochez et éloignez le crayon de la tasse et sentez comment la force nécessaire change.

Le frottement peut s'essayer avec un bout de ficelle et un pied de chaise : suspendez un sac léger à une extrémité, enroulez la ficelle une, deux, trois fois autour du pied de chaise et tenez l'autre extrémité. Vous remarquerez combien de force en moins il vous faut à chaque tour. Faites la même chose avec une ficelle mouillée.

De petites expériences comme celles-ci aident plus que n'importe quelle formule. Une fois que vous avez senti à quel point le frottement agit fortement et avec quelle facilité un pivot glisse, vous jugez plus justement les situations en plein air.