Qu'est-ce qu'un angle d'hélice?
Une hélice est une courbe de pente constante qui tourne autour d'un axe central, un peu comme un escalier en colimaçon. L'angle d'hélice est la tangente de la courbe par rapport à l'axe. Les hélices sont courantes dans la nature et dans les dispositifs mécaniques. L'angle d'hélice détermine de nombreuses autres propriétés d'une hélice.
Les ingénieurs en mécanique s'intéressent à l'angle d'inclinaison de plusieurs de leurs conceptions. Les vis et les boulons filetés affichent un angle d'hélice qui détermine combien de piqûre ou de nouveau matériau sera recueilli par la vis à chaque tour. Plus de force est nécessaire pour faire tourner un appareil avec un plus grand angle d'hélice. De même, une vis avec un plus grand angle d'hélice tiendra plus fermement.
Les convoyeurs à vis utilisent des hélices pour transporter de nombreux matériaux granulaires ou de type pâte. On attribue à Archimède, le philosophe grec ancien, l’invention du transporteur à vis. Il a utilisé une grande vis à bois sculptée à l'intérieur d'un tronc d'arbre évidé. En tournant la vis, l'eau pourrait être déplacée vers le haut pour l'irrigation.
Les ressorts illustrent une autre caractéristique utile des hélices. En plus de leur capacité à transporter de la matière et à lier des matériaux, les hélices stockent de l'énergie dans leur conception géométrique qui peut être utilisée. L'énergie d'un pogo stick, d'amortisseurs d'automobile ou de ressorts de lit provient de la compression et de l'expansion ultérieure de la bobine. L'angle d'hélice, ainsi que le matériau de construction, déterminent la force nécessaire pour comprimer le ressort.
On trouve de nombreux exemples d'hélices en biologie. Le tour des vrilles d'un plant de pois suit un angle d'hélice fixe, bien que le diamètre du tour puisse varier. De même, les coquillages de conque et de nombreux autres coquillages présentent un angle d'hélice fixe. Certains ont un diamètre croissant avec chaque ajout de croissance, alors que d'autres ont un diamètre fixe créant une longue forme de tube.
L'exemple le plus célèbre d'hélices dans la nature est peut-être la double hélice de la molécule d'acide désoxyribose (ADN). L'ADN est la base moléculaire de la génétique. L'angle unique en double hélice est si régulier que la structure de la molécule a été identifiée à l'aide de techniques de cristallographie.
Mathématiquement, une hélice est simplement la trace d'un cercle de dimension z croissante. Les coordonnées cartésiennes sont données par: x = r cos t, y = r sin t, z = ct; où r est le rayon et 2 π c le pas ou la distance verticale entre les boucles. Selon le théorème de Lancret, si r / c = une constante, la courbe est une hélice. En pratique, les mathématiques de la conception des vis sont assez compliquées, car de nombreux paramètres sont impliqués.