Il est malaisé de déterminer le moment précis de l'apparition des différentes machines simples dans l'histoire de la civilisation ; le levier a sans doute été utilisé très tôt, peut-être avant la période historique, alors que la poulie et la balance, de conception plus difficile, lui sont bien postérieures. L'utilisation de la balance est attestée par les peintures égyptiennes anciennes et celle de la poulie vers le ~ ixe siècle par les sculptures babyloniennes. Les Grecs ont certainement utilisé divers types de machines dès le début de leur histoire, et leur technique théâtrale de mise en scène faisait usage de plusieurs sortes de machines.
Les premiers documents écrits et les premières tentatives d'explication théorique du fonctionnement des diverses machines datent d'Aristote. Dans son petit traité intitulé Problèmes mécaniques, il définit la machine comme « tout ce qui nous aide à vaincre la nature dans notre propre intérêt [...]. C'est par l'art que l'homme maîtrise ce par quoi la nature nous surpasse. » Les problèmes mécaniques sont pour lui « des problèmes à la fois mathématiques et physiques, les méthodes de résolution étant mathématiques et l'application pratique relevant du domaine de la physique ». C'est aux propriétés du cercle qu'« il faut attribuer toutes ces merveilles », comme « ces machines à plusieurs cercles se mouvant en sens inverse que les techniciens construisent ». Aristote donne une théorie de la balance, de la composition des mouvements, et il énonce clairement notre théorème des moments en ces termes : « Le rapport de la force motrice à la force résistante est en raison inverse des bras du levier. » Il considère le roulement d'un cercle, la rotation de la roue des potiers, les mouvements des poulies comme les trois mouvements possibles du cercle. Aristote décrit plusieurs machines simples, le coin, la hache, le casse-noix, les poulies utilisées en maçonnerie (autour desquelles passent des câbles), l'onagre, le levier, la balance, le gouvernail des bateaux, le cab […]
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