A physics lesson
Une leçon de physique
GearsLes engrenages
Teeth, speed and force
Dents, vitesse et force
How can a little crank lift a heavy load, or make a wheel spin super fast?
Comment une petite manivelle peut-elle soulever une lourde charge, ou faire tourner une roue à toute vitesse?
ChapterChapitre 1Wheels with teethDes roues dentées
A wheel with teeth
Une roue avec des dents
A gear is a wheel with teeth all around it. Gears pass a turning motion from one axle to another.
Un engrenage est formé de roues dentées : des roues avec des dents tout autour. Il transmet un mouvement de rotation d’un axe à un autre.
- When two gears touch, the teeth of one fit into the gaps of the other: they mesh.
- The gear you turn is the driver gear. The gear it turns is the driven gear.
- The smaller gear of a pair is often called the pinion.
- Quand deux roues se touchent, les dents de l’une s’emboîtent dans les creux de l’autre : elles s’engrènent.
- La roue qu’on fait tourner est la roue menante. Celle qu’elle entraîne est la roue menée.
- La plus petite roue d’un engrenage s’appelle souvent le pignon.
⚙️ Build gears in the WorkshopConstruis des engrenages dans l’Atelier
ChapterChapitre 1Wheels with teethDes roues dentées
Teeth that don’t slip
Des dents qui ne glissent pas
Two smooth wheels that rub together can also pass on a turning motion: they are friction wheels.
Deux roues lisses qui frottent l’une contre l’autre peuvent aussi transmettre une rotation : ce sont des roues de friction.
- With a heavy load, friction wheels slip: the second wheel stops while the first one keeps turning.
- Gear teeth push on each other, so they can’t slip. Every tooth that goes by pushes one tooth of the other gear.
- To mesh, two gears need teeth of the same size.
- Avec une charge lourde, les roues de friction glissent : la deuxième s’arrête, la première continue de tourner.
- Les dents des engrenages se poussent l’une l’autre : elles ne peuvent pas glisser. Chaque dent qui passe pousse une dent de l’autre roue.
- Pour s’engrener, deux roues doivent avoir des dents de la même taille.
🦷A gear with big teeth and a gear with tiny teeth: can they mesh?Une roue à grosses dents et une roue à toutes petites dents : peuvent-elles s’engrener?CheckVérifie
No. The big teeth don’t fit in the tiny gaps, and the tiny teeth don’t fill the big gaps.Non. Les grosses dents n’entrent pas dans les petits creux, et les petites dents ne remplissent pas les grands creux.
ChapterChapitre 2Which way?Dans quel sens?
Each one its own way
Chacune dans son sens
Look closely at two gears that mesh. They never turn the same way!
Observe bien deux roues qui s’engrènent. Elles ne tournent jamais dans le même sens!
Two gears that mesh turn in opposite directions.Deux roues qui s’engrènent tournent en sens contraires.
- Like the hands of a clock: clockwise ↻. The other way: counterclockwise ↺.
- Where the gears touch, their teeth move together in the same direction. So the two wheels turn opposite ways.
- Comme les aiguilles d’une montre : sens horaire ↻. Dans l’autre sens : sens antihoraire ↺.
- Là où les roues se touchent, leurs dents avancent ensemble dans la même direction. Les deux roues tournent donc en sens contraires.
ChapterChapitre 2Which way?Dans quel sens?
A gear in between
Une roue au milieu
Put a gear between the two, and the last gear turns the same way as the first one.
Ajoute une roue entre les deux : la dernière roue tourne alors dans le même sens que la première.
- The gear in the middle is called an idler.
- Number the gears in a row. Odd numbers (1, 3, 5…) turn like gear 1. Even numbers (2, 4, 6…) turn the other way.
- An idler doesn’t change the speed of the last gear, only its direction.
- La roue du milieu s’appelle une roue intermédiaire.
- Numérote les roues d’une rangée. Les numéros impairs (1, 3, 5…) tournent comme la roue 1. Les numéros pairs (2, 4, 6…) tournent dans l’autre sens.
- Une roue intermédiaire ne change pas la vitesse de la dernière roue, seulement son sens.
ChapterChapitre 2Which way?Dans quel sens?
Guess the direction
Devine le sens
Guess first, then tap a card to check.
Devine d’abord, puis touche une carte pour vérifier.
5️⃣A row of 5 gears. Gear 1 turns clockwise. And gear 5?Une rangée de 5 roues. La roue 1 tourne dans le sens horaire. Et la roue 5?CheckVérifie
Clockwise, like gear 1: 5 is an odd number.Sens horaire, comme la roue 1 : 5 est un nombre impair.
8️⃣A row of 8 gears. Gear 1 turns clockwise. And gear 8?Une rangée de 8 roues. La roue 1 tourne dans le sens horaire. Et la roue 8?CheckVérifie
Counterclockwise: 8 is an even number.Sens antihoraire : 8 est un nombre pair.
🔺Three gears all touch each other in a triangle. What happens?Trois roues se touchent toutes en triangle. Que se passe-t-il?CheckVérifie
They jam! Each gear would have to turn against both of its neighbours: impossible.Elles bloquent! Chaque roue devrait tourner à l’envers de ses deux voisines : impossible.
🟦Four gears in a square, each touching two others. Do they jam?Quatre roues en carré, chacune touche deux voisines. Bloquent-elles?CheckVérifie
No! ↻ ↺ ↻ ↺, and gear 4 turns gear 1 ↻: it all agrees. Only a loop of an odd number of gears jams.Non! ↻ ↺ ↻ ↺, et la roue 4 tourne la roue 1 ↻ : tout concorde. Seule une boucle impaire bloque.
ChapterChapitre 3Faster or stronger?Plus vite ou plus fort?
Count the teeth
Compte les dents
When gear A makes one turn, all its teeth go past the meeting point. So gear B moves by the same number of teeth.
Quand la roue A fait un tour, toutes ses dents passent au point de rencontre. La roue B avance donc du même nombre de dents.
turns of B = turns of A × teeth of A ÷ teeth of Btours de B = tours de A × dents de A ÷ dents de B
- A 12-tooth gear turns a 36-tooth gear: 12 teeth go by, only ⅓ of a turn of the big gear.
- The small gear turns 3 times for each turn of the big one.
- Une roue de 12 dents fait tourner une roue de 36 dents : 12 dents passent, soit ⅓ de tour de la grande.
- La petite roue fait 3 tours pour chaque tour de la grande.
🔟A 10-tooth gear drives a 40-tooth gear. How many turns of the small one for 1 turn of the big one?Une roue de 10 dents mène une roue de 40 dents. Combien de tours de la petite pour 1 tour de la grande?CheckVérifie
4 turns: 40 ÷ 10 = 4.4 tours : 40 ÷ 10 = 4.
ChapterChapitre 3Faster or stronger?Plus vite ou plus fort?
Speed or force: you choose
Vitesse ou force : à toi de choisir
Gears can make a motion faster or slower. But there’s a trade: what you gain in speed, you lose in force.
Les engrenages peuvent rendre un mouvement plus rapide ou plus lent. Mais il y a un échange : ce qu’on gagne en vitesse, on le perd en force.
| Small gear turns a big onePetite roue qui en fait tourner une grande | Big gear turns a small oneGrande roue qui en fait tourner une petite | |
|---|---|---|
| SpeedVitesse | slower 🐢plus lente 🐢 | faster 🐇plus rapide 🐇 |
| ForceForce | stronger 💪plus grande 💪 | weakerplus petite |
| Good forUtile pour | lifting heavy things: cranes, winches, a car’s first gearsoulever des charges : grues, treuils, première vitesse d’une auto | going fast: egg beaters, fans, a bike on flat groundaller vite : batteur à œufs, ventilateur, vélo sur le plat |
🏗️ Lift the crate in Puzzles (level 4)Soulève la caisse dans les Casse-têtes (niveau 4)
ChapterChapitre 3Faster or stronger?Plus vite ou plus fort?
Bike gears
Les vitesses du vélo
On a bike, a chain links the chainring at the pedals to a sprocket on the back wheel.
Sur un vélo, une chaîne relie le plateau du pédalier à un pignon de la roue arrière.
- Chainring with 40 teeth, sprocket with 20 teeth: 1 pedal turn = 2 turns of the back wheel.
- To climb a hill: a big sprocket. The bike goes slower, but pedalling is easier.
- On flat ground: a small sprocket. Each pedal turn takes you farther, but pedalling is harder.
- Plateau de 40 dents, pignon de 20 dents : 1 tour de pédale = 2 tours de roue.
- Pour monter une côte : un gros pignon. Le vélo va moins vite, mais pédaler est plus facile.
- Sur le plat : un petit pignon. Chaque tour de pédale t’amène plus loin, mais pédaler est plus dur.
🚲 Shift gears on the Bike rideChange de vitesse dans la promenade à Vélo
ChapterChapitre 4Chains, belts, screws and racksChaînes, courroies, vis et crémaillères
Chains and belts
La chaîne et la courroie
When two axles are far apart, a chain or a belt carries the motion from one wheel to the other.
Quand deux axes sont loin l’un de l’autre, une chaîne ou une courroie transporte le mouvement d’une roue à l’autre.
- Sprockets and chain: both wheels turn the same way, and nothing slips. You find them on bikes.
- Pulleys and belt: the same way too, but a smooth belt can slip under a heavy load. You find them in car engines and old sewing machines.
- Cross the belt, and the second pulley turns the other way!
- Roues dentées et chaîne : les deux roues tournent dans le même sens, et rien ne glisse. On les trouve sur les vélos.
- Poulies et courroie : aussi dans le même sens, mais une courroie lisse peut glisser sous une charge lourde. On les trouve dans les moteurs d’auto et les vieilles machines à coudre.
- Croise la courroie, et la deuxième poulie tourne dans l’autre sens!
ChapterChapitre 4Chains, belts, screws and racksChaînes, courroies, vis et crémaillères
Around the corner: bevel gears
Tourner le coin : l’engrenage conique
In a bevel gear, the two wheels sit at a right angle. The turning motion goes around a corner.
Dans un engrenage conique, les deux roues sont placées à angle droit. Le mouvement de rotation tourne le coin.
- In an egg beater, you turn the big wheel around an axle that points at you. The beaters spin around axles that point down.
- The big wheel has many more teeth than the small ones, so the beaters spin about 4 times faster than the crank.
- The two beaters turn in opposite directions.
- A hand drill works the same way: the crank turns sideways, but the drill bit turns straight ahead.
- Dans un batteur à œufs, on tourne la grande roue autour d’un axe qui pointe vers soi. Les fouets tournent autour d’axes qui pointent vers le bas.
- La grande roue a beaucoup plus de dents que les petites : les fouets tournent environ 4 fois plus vite que la manivelle.
- Les deux fouets tournent en sens contraires.
- Une chignole fonctionne de la même façon : la manivelle tourne sur le côté, mais la mèche tourne vers l’avant.
🥚 Turn the egg beater in MachinesTourne le batteur dans les Mécanismes
ChapterChapitre 4Chains, belts, screws and racksChaînes, courroies, vis et crémaillères
The worm gear
La vis sans fin
A worm is a screw that meshes with a gear. Each turn of the screw moves the wheel by only one tooth.
Une vis sans fin est une vis qui s’engrène avec une roue dentée. Chaque tour de vis ne fait avancer la roue que d’une seule dent.
- With a 20-tooth wheel, it takes 20 turns of the screw to turn the wheel once: very slow, but very strong.
- It only works one way: the wheel can’t turn the screw. A load stays up by itself.
- Avec une roue de 20 dents, il faut 20 tours de vis pour faire un tour de roue : très lent, mais très fort.
- Elle ne fonctionne que dans un sens : la roue ne peut pas faire tourner la vis. Une charge reste en haut toute seule.
🎸Guitar tuning pegs use a worm gear. What would happen without it?Les mécaniques d’une guitare utilisent une vis sans fin. Que se passerait-il sans elle?CheckVérifie
The string would pull the peg back around, and the guitar would go out of tune.La corde ferait tourner la mécanique à l’envers, et la guitare se désaccorderait.
🔩 Lift the weight in MachinesSoulève le poids dans les Mécanismes
ChapterChapitre 4Chains, belts, screws and racksChaînes, courroies, vis et crémaillères
Rack and pinion
Le pignon et la crémaillère
A pinion (a small gear) turning along a rack (a toothed bar) moves in a straight line.
Un pignon (une petite roue dentée) qui tourne le long d’une crémaillère (une barre dentée) avance en ligne droite.
- Gears, chains, belts and worms transmit a turning motion. The rack and pinion transforms it.
- In many cars, the steering wheel turns a pinion that slides a rack left or right.
- Les engrenages, les chaînes, les courroies et les vis sans fin transmettent une rotation. Le pignon et la crémaillère la transforment.
- Dans plusieurs autos, le volant fait tourner un pignon qui pousse une crémaillère vers la gauche ou la droite.
🚂 Drive the train in MachinesConduis le train dans les Mécanismes
ChapterChapitre 4Chains, belts, screws and racksChaînes, courroies, vis et crémaillères
Gears all around you
Des engrenages partout
Which system hides inside? Guess, then tap to check.
Quel mécanisme se cache à l’intérieur? Devine, puis touche pour vérifier.
🕰️A wall clockUne horlogeCheckVérifie
A train of gears. The minute hand turns 12 times while the hour hand turns once.Un train d’engrenages. La grande aiguille fait 12 tours pendant que la petite en fait un.
🚲A bicycleUn véloCheckVérifie
Sprockets and chain. The chainring and the back sprocket turn the same way.Roues dentées et chaîne. Le plateau et le pignon arrière tournent dans le même sens.
🥚A hand egg beaterUn batteur à œufs manuelCheckVérifie
Bevel gears. The motion turns a corner, and the beaters spin faster than the crank.Un engrenage conique. Le mouvement tourne le coin, et les fouets tournent plus vite que la manivelle.
🎸Guitar tuning pegsLes mécaniques d’une guitareCheckVérifie
Worm gears. The strings can’t turn the pegs back.Des vis sans fin. Les cordes ne peuvent pas faire tourner les mécaniques à l’envers.
🚗A car’s steeringLa direction d’une autoCheckVérifie
Rack and pinion. The turning steering wheel slides a bar left or right.Un pignon et une crémaillère. Le volant qui tourne pousse une barre vers la gauche ou la droite.
🧵An old sewing machineUne vieille machine à coudreCheckVérifie
Pulleys and belt. A belt carries the motion from the big wheel to the needle’s mechanism.Des poulies et une courroie. Une courroie transporte le mouvement de la grande roue jusqu’au mécanisme de l’aiguille.
Three big ideas
Trois grandes idées
What you’ve learned
Ce que tu as appris
Teeth that mesh
Des dents qui s’engrènent
Gears pass on a turning motion without slipping. Their teeth must be the same size.
Les engrenages transmettent une rotation sans glisser. Leurs dents doivent avoir la même taille.
Opposite directions
Des sens contraires
Two meshing gears turn opposite ways. An idler makes the last gear turn like the first. A triangle jams.
Deux roues engrenées tournent en sens contraires. Une roue intermédiaire fait tourner la dernière comme la première. Un triangle bloque.
Speed or force
Vitesse ou force
Count the teeth: a small gear turning a big one is slower but stronger. You can’t win both!
Compte les dents : une petite roue qui en fait tourner une grande va moins vite, mais plus fort. On ne peut pas gagner les deux!