La physique appliquée aux véhicules

Fiche synthèse : La Physique Appliquée aux Véhicules - Identification et Conséquences

Mise en contexte

Les lois physiques influencent directement le comportement des véhicules en mouvement. Elles régissent des phénomènes tels que l'énergie cinétique, la force centrifuge et l'aérodynamisme. Même un excellent conducteur dans un véhicule performant ne peut échapper à ces lois.

1. L'Énergie Cinétique : Définition et Effets

Définition

L'énergie cinétique est l'énergie que possède un objet en mouvement. Elle se calcule par la formule :

Énergie cinétique (Ec) = 1/2 × Masse (m) × Vitesse² (v²)

• E_c = énergie cinétique en Joules (J)
• m = masse du véhicule en kilogrammes (kg)
• v = vitesse en mètres par seconde (m/s)

Conséquences

• Proportionnelle à la masse : un véhicule lourd accumule plus d'énergie cinétique.
• Proportionnelle au carré de la vitesse : si la vitesse double, l'énergie cinétique est multipliée par 4.

Dissipation de l'énergie cinétique en cas de choc

Ce tableau illustre l’énergie cinétique approximative (en kilojoules) que possèdent différents véhicules à différentes vitesses. L’énergie cinétique augmente fortement avec la vitesse.

Pour des raisons pédagogiques, les valeurs indiquées ici représentent une estimation de l’impact ressenti, exprimée en « masse équivalente projetée » lors d’un choc frontal. Il ne s’agit pas d’une mesure physique directe, mais d’une image pour mieux comprendre les conséquences de la vitesse.

Calcul selon la formule : Éc = ½ × m × v²

Lors d'un choc, l'énergie cinétique est dissipée brutalement, provoquant des dommages importants aux véhicules et à leurs occupants.

Dès 50 km/h environ — voire moins selon l’âge, la morphologie ou la posture des occupants — un choc frontal avec arrêt brutal provoque une transmission immédiate de l’énergie cinétique au corps humain. Les organes internes, projetés contre la structure osseuse, subissent alors des lésions fatales : ruptures cardiaques, déchirures pulmonaires ou hémorragies cérébrales.
👉 Les chances de survie sont nulles, quel que soit le véhicule ou les équipements de protection.

Dissipation de l'énergie cinétique en cas de freinage

Lors d’un freinage, l’énergie cinétique accumulée par le véhicule est transformée en grande partie en chaleur, produite par le système de freinage. Ce sont principalement les disques et plaquettes de frein qui montent fortement en température, dissipant cette énergie. Une part moindre est également dissipée par les pneus, sous forme de chaleur due à leur déformation et à la friction avec la chaussée. Cette énergie résiduelle entraîne leur usure progressive.

Réduction des risques

• Freinage anticipé : réduit l'énergie à dissiper.
• Ceinture de sécurité : évite que les passagers continuent leur mouvement en cas d'arrêt brutal.

2. La Force Centrifuge et ses Effets

Définition

La force centrifuge tend à éjecter un véhicule vers l'extérieur d'un virage. Sa formule est :

Force centrifuge (Fc) = Masse (m) × Vitesse² (v²) ÷ Rayon du virage (R)

• F_c = force centrifuge en Newtons (N)
• m = masse du véhicule en kilogrammes (kg)
• v = vitesse en mètres par seconde (m/s)
• R = rayon du virage en mètres (m)

Conséquences

• Plus la vitesse est élevée, plus la force centrifuge augmente.
• Plus le virage est serré, plus la force centrifuge est importante.
• Un véhicule peut sortir de la route si l'adhérence des pneus est insuffisante.

Exemples pratiques

• à-coups sur le volant, un véhicule peut se renverser.
• Dans un virage serré, une vitesse excessive entraîne une sortie de route.

Réduction des risques

• Réduire la vitesse avant d'entrer dans un virage.
• Utiliser les pneus en bon état pour garantir l'adhérence.
• Adapter la vitesse aux conditions météo.

Les réactions

Une réaction désigne tout phénomène qui résulte de l'application d'une force.

1. Tangage
   Le tangage désigne le mouvement d'oscillation longitudinale du véhicule, se manifestant par un basculement vers l’arrière lors d’une accélération ou vers l’avant lors d’un freinage.

2. Réaction centrifuge ou d’inertie
   La réaction centrifuge, ou réaction d’inertie, est le déplacement involontaire d’un objet non arrimé (tel qu’un passager ou un bagage) à l’intérieur du véhicule, provoqué par une brusque sollicitation de la direction ou du système de freinage.

3. Roulis et lacet
   Le roulis correspond à l’inclinaison latérale du véhicule, tandis que le lacet désigne sa rotation autour de son axe vertical, ces phénomènes survenant principalement lors de sollicitations liées à la direction.

3. Les Lois Aérodynamiques et leurs Effets

Forces influençant la conduite

Conséquences

• À haute vitesse, la traînée aérodynamique augmente la consommation de carburant.
• Un vent latéral peut modifier la trajectoire du véhicule.
• Les spoilers et déflecteurs améliorent la stabilité en réduisant la portance.

4. Les Distances de Freinage et d'Arrêt

Définition

La distance de freinage est la distance parcourue après le début du freinage jusqu'à l'arrêt complet.
La distance d’arrêt inclut le temps de réaction + distance de freinage.

Calcul approximatif

Facteurs influençant la distance de freinage

L'abaque de Devilliers pour mesurer les distances de freinage

Article complet sur l'abaque de Devilliers.

faites glisser les poignées de haut en bas pour croiser les valeurs

Réduction des risques

• Anticiper le freinage.
• Maintenir une distance de sécurité avec les autres véhicules.
• Adapter la vitesse aux conditions météorologiques.

5. Exemples d'Applications Pratiques

Quelques mots pour terminer

Les lois physiques appliquées aux véhicules influencent la conduite et la sécurité routière. En comprenant les principes de l’énergie cinétique, de la force centrifuge, des distances de freinage et de l’aérodynamisme, les conducteurs peuvent adapter leur conduite pour minimiser les risques et maximiser la sécurité.

Rappel essentiel : Plus la vitesse est élevée, plus les conséquences d’un accident sont graves. Respecter les limites de vitesse et anticiper sont les meilleures garanties de sécurité.