bonjour
j'ai quelques difficultés pour me représenter les sens des forces qui s'exercent sur une bicyclette en action et en freinage.
Pouvez-vs svp m'aider à résoudre l'exercice suivant
Un pédalier de bicyclette a une branche de pédale de longueur 20 cm et une roue dentée de diamètre 20cm. les diamètres de la roue arrière et de son pignon denté sont resp. 70 cm et 8 cm.
Une force de 20 kgf est appliqué à la pédale perpendiculairement à la branche de la pédale
1/ la roue arrière étant bloquée à l'aide du frein, quelle est l'intensité de la force qui tend la chaîne et quelle est l'intensité de la force qui appliquée tangentiellement à la jante de la roue, a le même effet que le frein ?
2/ Lors du freinage, on a une vitesse de rotation constante de 1 tour de pédalier par seconde. Calculer en kgm.s-1 la puissance fournie au pédalier du fait de la force de 20 kgf mentionnée à la question 1.
Mon raisonnement :
pour répondre à la question 1 :
je pars du principe que le moment de la force qui s'exerce sur la pédale par rapport à l'axe du pédalier est le même que celui de la tension de la chaîne ; mais cela suppose que ces forces aient des sens contraires, or pour représenter la tension de la chaîne j'aurais placé une force appliquée sur la chaîne tangentiellement au pédalier, et de même sens que celle qui s'exerce sur la pédale ?? Je pense que je me trompe ici, mais je voudrais comprendre, et je n'ai pas trouvé de schéma clair sur internet.
En appliquant le théorème des moments par rapport à l'axe du pédalier, je trouve que la tension de la chaîne correspond à une force de 40 kgf.
Ensuite pour déterminer la force correspondant au freinage bloquant, j'applique la aussi le théorème des moments sur la roue arrière, en partant du principe que la tension sur la chaîne au pédalier est transmise au pignon,[là aussi, est-ce exact, j'ai un doute] mais comme le diamètre du pignon est égal aux 2/5 de celui du pédalier, l'intensité de la force de tension de la chaîne sur le pignon est 5/2 fois supérieure, soit 100 kgf.
Son moment par rapport à l'axe du pignon est donc 100 Kgf . 4.10-2 m = 4 m.Kgf.
Ce serait donc aussi le moment de la force de freinage bloquant par rapport à l'axe du pignon, auquel cas la force équivalent au freinage bloquant serait de 4/(35.10-2)= 80/7 Kgf.
Pour répondre à la question 2, j'écris que le travail moteur fourni au pédalier par la force qui s'exerce sur la pédale pour enrouler une longueur de chaîne correspondant à un tour de pédalier est
Wm = F.l = F..d, d étant le diamètre du pédalier.
Je trouve donc un travail moteur de 4 Kgm, et comme un tour de pédalier est fait en une seconde, une puissance de 4 Kgm.s-1.
Je vous remercie par avance du temps que vous prendrez pour m'indiquer si mon raisonnement - et surtout l'inventaire des forces - est correct, et par voie d conséquence les calculs qui en découlent.
Merci
Bonjour pppa
Oh là là, mais d'où sortent ces unités qui devraient avoir disparu depuis plus de 50 ans ?
Question 1a
Oui, théorème des moments :
20 kgf * 20 cm / 10 cm = 40 kgf
Question 1b
Cette force d'intensité 40 kgf est transmise par la chaîne au pignon de la roue arrière.
À nouveau le théorème des moments :
40 kgf * 4 cm / 35 cm 4,6 kgf
Question 2
1 tour de pédalier (m) : 0,20 m * 2
soit un travail (kgm) : 0,20 m * 2 * 20 kgf
soit une puissance en une seconde (kgm.s-1) : 0,20 m * 2 * 20 kgf / 1 s 25,1 kgm.s-1
Ou, comme tu l'as fait, en considérant la tension de la chaîne :
déplacement d'un maillon (m) : 0,10 m * 2
soit un travail (kgm) : 0,10 m * 2 * 40 kgf
soit une puissance en une seconde (kgm.s-1) : 0,10 m * 2 * 40 kgf / 1 s 25,1 kgm.s-1
Ou en considérant une force tangente à la jante :
déplacement au niveau de la jante (m) : (20 cm / 8cm) * 2 * 0,35 m
soit un travail (kgm) : (20 cm / 8cm) * 2 * 0,35 m * 4,5714 kgf
soit une puissance : (20 cm / 8cm) * 2 * 0,35 m * 4,5714 kgf / 1 s 25,1 kgm.s-1
Sauf erreur !
Bonjour Coll
Toujours fidèle et efficace au poste.
Merci beaucoup pour cette réponse détaillée et claire.
J'ai bien fait de demander.
Puisque tu réponds à mes questions en détail, je me dois de répondre aux tiennes :
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