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énergie cinétique

Posté par
papaver
05-04-11 à 00:59

Bonjour a tous..

Voila l'exercice qui me bloque :
Étude d'une notice :
BMW R 1100 RS
Puissance : 90ch a 72 500 tr/min
Poids : 252 kg
Vitesse maxi : 214km/h
Reprise 60/90 km/h : 4.15sec

1. Calculer la variation d'énergie cinétique lorsqu'une moto passe de 60 km/h (en A) a 90 km/h (en B). De 90 km/h (en B) a 130 km/h (en C)
solution :
60 km/h = 16.67 m/s
90 km/h = 25 m/s
130 k/h = 36.1 m/s
On a donc Ec(B) - Ec(A) = ½ *m(v(B)^2-v(A)^2) = 43 736J
de même : Ec(C) - Ec(B)= 85 454 J
2. Cette variation de l'énergie correspond a une partie du travail que doit fournir le moteur durant ses phases d'accélération. Calculer les puissances moyennes fournis par le moteur dans les deux cas.
solution :
On peut utiliser les données dans la notice « Reprise 60/90 km/h : 4.15sec »
On a donc : P = W/t=43 736J/1.15s = 10 538W
Mais je ne vois pas comment « calculer » la puissance moyenne fourni par le moteur de B en C.
3. Les comparer avec celle indiquée dans la notice. Pourquoi existe-t-il une telle différence ?

Merci a vous..

Posté par
J-P
re : énergie cinétique 05-04-11 à 14:19

Quelques mots d'explication juste pour info.

Dans les caractéristiques :

- Puissance : 90 ch à 7250 tr/mn

Et certainement pas ce que tu as écrit.

-----

Delta Ec de 60 à 90 km/h : Delta Ec = (1/2)*252*[(90/3,6)²-(60/3,6)²] = 43750 J

Or : Reprise 60/90 km/h : 4.15sec

--> Puissance moyenne pendant la phase pour passer de 60 à 90 km/h : Pmoy = 43750/4,15 = 10,5 kW. (soit 14 Chevaux)
Attention, ceci est uniquement la puissance pour assurer l'accélération si il n'y avait pas les frottements dans l'air.

Pour le passage de 90 à 120 km/h, il manque la durée pour passer de 90 à 120 km/h
-----

Trouvé sur le net :

400 mètres départ-arrété: 12.5 secondes
1000 mètres départ-arrêté: 23.1 secondes

En partant de ces données, on réfléchit un peu :

En supposant une accélération constante (bien que ce soit faux) sur 400 m

d = at²/2
400 = a*12,5²/2
a = 5,12 m/s²

et on a atteint après 400 m une vitesse v = 5,12 * 12,5 = 64 m/s (230,4 km/s), soit environ la vitesse max de la moto. (donnée à 226 km/h dans les caractéristiques trouvées aussi sur le net)

Donc à partir de 400 m le vitesse peut être constante et égale à 226/3,6 = 62,8 m/s

Pour faire les 600 m suivant, il faudra donc t = 600/62,8 = 9,6 s

Et donc, au démarrage on peut faire le 1000 m en 12,5 + 9,6 = 22,1 s (pas trop écarté de la valeur donnée sur le net).
-----
Si la moto est bien faite, on peut donc dire que sa puissance max, soit 90Ch (66240 W) est nécessaire pour vaincre les frottements dans l'air à 226 km/h (là on n'accélère plus).

Comme ce sont des frottements aérodynamiques (proportionnels au carré de la vitesse) on peut calculer le coeff k :

F = kv²
P = F.v = k.v³
66240 = k.(226/3,6)^3
k = 0,268 (SI)

Les forces de frottement dans l'ait sont : F = 0,268.v²  (F en N et v en m/s)
-----

On ne peut guère dépasser l'accélération calculée ci dessus sur 400 m (sous peine de patiner).

La puissance pour accélérer de 60 à 90 km/h ayant été calculée (hours frottement) à 10,5 kW.
Il faut ajouter, pour trouver la puissance du moteur à 90 km/h, une puissance pour vaincre les frottements à 90 km/h cette puissance est P1 = k.v³ = 0,268 * (90/3,6)³ = 4,2 kW

Donc la puissance moteur utilisée en cours d'accélération quand on arrive à 90 km/h n'est qu'environ de 15 kW (20 Ch), soit loin en dessous de la puissance disponible.

La raison en est que si on veut accélérer plus fort, la moto va patiner et ce sera raté.

En pratique, on peut augmenter les performances d'accélération par l'aérodynamisme de la moto, (comme les appui en F1 augmenter par les ailéron ou ...). Cela permettrait d'augmenter les appuis et donc d'accélérer plus fort sans patiner ... mais cela aurait l'inconvénient d'aussi augmenter le Cx et donc de diminuer la vitesse de pointe de la moto.

Il faut donc faire un compromis entre accélération et vitesse de pointe ...  
Et ne pas penser, comme beaucoup le font, que la puissance du moteur indiquée sur les caracristiques est toujours disponible ... c'est faux.

Outre le fait que la puissance moteur varie avec le régime (vitesse de rotation du moteur), on doit souvent en laisser une bonne part de coté pour éviter le patinage en cours d'accélération.
-----

Maintenant, s'il s'agit d'un exercice d'école ... il est fort probable que ce que j'ai écrit n'est pas ce qui était attendu par le prof.



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