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Forces qui agissent sur une voiture en mouvement

Posté par
C-One
18-11-09 à 18:13

Bonjour, j'ai choisi comme sujet de TPE, les moteurs hybrides, pour cela je commence par tenter d'établir un bilan des forces, dans un premier temps, à vitesse constante sur un sol horizontal parfaitement plat.
quelqu'un peut m'indiquer le chemin... Mon problème vient des forces de frottements...
Apparemment, il y aurait une force R(S/v) qui est la réaction du support sur la voiture, et une de la voiture sur le sol R(v/S) pour la roue arrière et de même pour la roue avant, mais je croit que les directions ne sont pas pareil et c'est un peu confus... Un coup de main serait le bienvenu !

Posté par
J-P
re : Forces qui agissent sur une voiture en mouvement 18-11-09 à 19:53

Sur sol horizontal :

Le poids de la voiture est compensé par la réaction du sol sur les roues.

Le "gros" des forces qui s'opposent à l'avancement de la voiture sont dues aux frottements de la voiture dans l'air.

Cette force peut être calculée comme indiqué sur le lien :

Pour une voiture "normale", on a à peu près :
Cx = 0,36
S = 2,3 m²

Rho(air) = 1,2 kg/m³

Et on calcule donc : F = (1/2) * 1,2 * 2,3 * 0,36 . v²

F = 0,5.v²

F (en N) est la force de frottements aérodynamiques qui s'oppose au mouvement de la voiture. (v est en m/s)

La puissance nécessaire pour rouler à une vitesse v est P = F * v

P = 0,5.v².v = 0,5.v³

Et donc par exemple, une telle voiture qui pourrait développer une puissance de 100 HP (100 chevaux) peut atteindre une vitesse maximale v telle que :

P = 100 HP = 73600 W

P = 0,5.v³

73600 = 0,5.v³
v = 52,8 m/s = 190 km/h

Ce n'est pas très loin de la réalité.  
--------
Tout ce qui précède, n'a rien à voir avec le type de motorisation du véhicule.

Posté par
C-One
re : Forces qui agissent sur une voiture en mouvement 18-11-09 à 20:02

Wah... déjà tu viens de me faire faire un immense pas en avant, il va me falloir un petit moment pour bine intégrer tout ça... Mais merci beaucoup !
En réalité, j'avais un problème avec la réaction du support, les forces de frottements et leurs lien avec le poids, mais j'avais pas encore orienté mes recherches ver la résistance de l'air, ça me donne un coup d'avance, je t'en remercie beaucoup !
Quelqu'un peut m'expliquer comment la réaction du support s'applique t elle, je pense qu'elle est divisée en 4 points (les 4 centres des surfaces de contact entre les roues et le sol) et que pour les roues arrière (pour les roues motrices pour être précis) les forces de frottement sont dans le même sens que le mouvement de la voiture et pour les roues avant le contraire... mais j'ai pas très bien compris comment ça se fait...

Posté par
J-P
re : Forces qui agissent sur une voiture en mouvement 19-11-09 à 09:17

Il y a d'abord la réaction normale du sol sur les roues.

Sur sol horizontal, la somme des réactions normales du sol sur les 4 roues compensent le poids de la voiture.
Ces réactions se répartissent sur les roues en fonction de la position du centre de gravité G de la voiture.

En pratique, en fonction du modèle de voiture, il y a un autre phénomène plus ou moins important qui modifie la réaction du sol sur les roues, c'est "l'appui aérodynamique".
On "joue" sur ces appuis aérodynamiques (via des ailerons fixes ou mobiles) pour "écraser" plus ou moins fort la voiture au sol et permettre ainsi de pouvoir accélérer plus fort sans patiner par exemple.
Mais sans données spécifiques sur les caractéristiques d'appui aérodynamique pour le modèle de voiture étudié, c'est bernique pour en tenir compte.

La réaction du sol au niveau d'une roue non motrice est donc vertical (compense la partie du poids de la voiture supportée par la roue étudiée ainsi qu'une portion de l'appui aérodynamique)

Les roues motrices doivent aussi fournir (via le contact avec la route) une force tangentielle (// à la route) égale et opposée aux forces de frottements aérodynamiques calculées dans mon message précédent.

La réaction du sol au niveau des roues motrices est donc oblique, cette réaction a une composante verticale (qui compense la partie du poids de la voiture supportée par la roue étudiée ainsi qu'une portion de l'appui aérodynamique) et une composante tangentielle (ici horizontale) qui compense la force de frottement aérodynamique dans l'air, cette composante tangentielle vaut (par roue motrice) F/n avec F la force de frottement aérodynamique dans l'air et n le nombre de roues motrices.
  
Tout ceci avec une voiture à vitesse constante sur une route horizontale et sans vent.

Sauf distraction.  



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