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Devoir physique : forces exercées sur une voiture

Posté par
Bijoul
17-03-20 à 14:16

Bonjour, j'ai un problème avec la dernière question de mon devoir de physique, comme vous devriez le savoir c'est un devoir à faire par ordinateur depuis la fermeture des lycées à cause du covid-19. Le problème étant que je ne sais pas du tout quelle formule utilisée, voilà l'énoncé :

Une vitesse réduite améliore considérablement la sécurité sur les routes, mais permet également de faire des économies de carburant. C'est pourquoi depuis le printemps 2011 la vitesse maximale autorisée sur autoroute en Espagne est passée de 120 à 110 km.h^-1. Selon le gouvernement de ce pays, très dépendant des importations d'hydrocarbures, une telle mesure permettrait une économie de 11 à 15% de la facture énergétique.

On se propose de vérifier les indications du texte en évaluant la consommation d'une voiture à essence sur autoroute pour les deux vitesses limites indiquée. On considère comme système la {voiture} lorsque celle-ci se déplace à une vitesse constante sur une route droite et horizontale sur une distance d = 100km.

I/ a) Que peut-on dire, dans le cas étudié, des forces exercées sur la voiture ?
b) La force de résistance exercée par l'air sur la voiture est associée à une force de frottement fluide de valeur fair/voiture = k*v² ; où k est une constante et v la valeur de la vitesse de la voiture. Indiquer les paramètres, optimisés par les constructeurs, qui ont une influence sur la valeur de ce coefficient de frottement k.

II/ On cherche à estimer l'énergie nécessaire pour parcourir la distance d pour chacune les deux vitesses limites. On considère que le travail du moteur, qui compense la force de frottement fluide, est égal à W(froute/voiture) = k*v²*d.
Pour la voiture étudiée, la valeur de k est prise égale à 0,40 N².s².m.
Calculer les valeurs des travaux W1 et W2 du moteur pour un parcours de distance d à chacune des deux vitesses v1= 110km.h-1 et v2= 120km.h-1.

III/ On cherche à estimer, et à comparer, la consommation en carburant pour les deux vitesses limites.
a) Décrire les étapes conduisant, dans une voiture, de la combustion du carburant à l'énergie mécanique.
b) Le rendement total d'une voiture dotée d'un moteur thermique à essence est de l'ordre de 20%.
Vérifier, en utilisant les résultats du II/, que le carburant doit fournir, pour 100km, une énergie E1=1,9*10^8J pour le parcours à la vitesse v1 et une énergie E2=2,2*10^8J pour le parcours à vitesse v2.
c) L'énergie libérée lors de la combustion de l'essence est ?H = 35,5 MJ.L-1.
En déduire les consommations pour les 100km parcourus à chacune des deux vitesses limites. Calculer en pourcentage l'économie de carburant résultant de la réduction de la vitesse limite. Comparer ce résultat aux valeurs proposées dans le texte introductif et conclure.

Comme dit au début j'ai tout réussi mais je ne trouve pas du tout pour la dernière question

***Titre complété***

Posté par
vanoise
re : Devoir physique 17-03-20 à 14:24

Bonjour
Pour commencer : le principe d'inertie (ou première loi de Newton) : cela te dit quelque chose ?

Posté par
Bijoul
re : Devoir physique 17-03-20 à 14:27

Oui, c'est lle fait que la vitesse d'un objet ne peut être modifiée que par la présence d'une force

Posté par
vanoise
re : Devoir physique 17-03-20 à 14:27

Tu demandes de l'aide seulement pour la question 3 : il te faut expliquer les différentes transformations d'énergie qui interviennent.
Sais-tu ce que l'on nomme rendement ?

Posté par
Bijoul
re : Devoir physique 17-03-20 à 14:47

Oui le rendement c'est un ratio en gros, c'est ça ?

Posté par
Bijoul
re : Devoir physique 17-03-20 à 15:01

Ah je crois que j'ai trouvé, je ne suis pas sûr, dis moi si j'ai fais une erreur

1.9*10^8/35.5*10^6 = 5.35L pour  110km/h
2.2*10^8/35.5*10^6 = 6.19L pour 120km/h

6.19-5.35 = 0.84L d'écart de consommation

(0.84/8.4)*100 = 10%.

Posté par
Bijoul
re : Devoir physique 17-03-20 à 15:02

Bijoul @ 17-03-2020 à 15:01

Ah je crois que j'ai trouvé, je ne suis pas sûr, dis moi si j'ai fais une erreur

1.9*10^8/35.5*10^6 = 5.35L pour  110km/h
2.2*10^8/35.5*10^6 = 6.19L pour 120km/h

6.19-5.35 = 0.84L d'écart de consommation

(0.84/8.4)*100 = 10%.


Ce qui est très proche du texte introductif qui est de 11% à 15%

Posté par
vanoise
re : Devoir physique 17-03-20 à 15:03

"en gros" c'est cela ; plus précisément, c'est le rapport (énergie utile/énergie dépensée).
L'énergie utile est l'énergie fournie par le moteur, notée E1 ou E2 ; les valeur sont fournies par l'énoncé pour ne pas bloquer les élèves qui n'ont pas réussi à déterminer W1 et W2 puisque E1=W1 et E2=W2.
L'énergie dépensée correspond à l'énergie fournie par la combustion de l'essence. Seulement 20% de cette énergie est utile pour faire avancer la voiture. Le reste est perdue : échauffement du moteur, frottement à l'intérieur du moteur, énergie thermique cédée à l'air par les gaz sortant au pot d'échappement...

Posté par
vanoise
re : Devoir physique 17-03-20 à 15:16

D'accord avec ton calcul.
En revanche, par rapport à mon message précédent, j'ai mal interprété les notations de ton problème. L'énergie libérée par l'essence est notée E1 ou E2, c'est donc l'énergie dépensée.
L'énergie utile est cette correspondant au travail du moteur, notée W1 ou W2. Tu peux vérifier que dans les deux cas :
\frac{W}{E}\approx0,2



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