Assistance scolaire personnalisée

un partenariat rue des écoles Maif
Samedi 20 décembre 2014. Bonjour S'inscrire gratuitement       > Se connecter
icone FicheFiche
ExercicesExercices
Icône de rechercheRechercher

Énergie cinétique et sécurité routière

Pourquoi dit-on que la vitesse est la cause de nombreux accidents ?
Réponse : car lorsque la vitesse est multipliée par 2, l'énergie qu'acquière un véhicule est multipliée par 4. L'énergie due à la vitesse est appelée « énergie cinétique ». En cas de chocs, cette énergie se transforme et c'est elle qui est la cause des dégâts.
I. Énergie cinétique
Rappel : comment calculer la vitesse moyenne d'un véhicule ?
v = \frac {d}{t}
Avec :
  • v la vitesse en mètre par seconde de symbole m/s ;
  • d la distance parcourue en mètres de symbole m ;
  • t le temps de parcours en secondes de symbole s.
Attention : l'unité de vitesse en physique est le m/s et non comme dans la vie quotidienne en km/h. Pour pouvoir faire le calcul, il faut utiliser des m/s, sinon il faut convertir les km/h en m/s avant le calcul.
• Conversion à retenir : 1 m/s = 3,6 km/h.
Exemple : un véhicule parcourt 500 km en 4 heures, calculons sa vitesse. 2 possibilités :
  • je calcule en km/h puis je convertis : v = 500 km / 4 h = 125 km/h. Je convertis : v = 125 / 3,6 = 34,72 m/s ;
  • je convertis puis je calcule : d = 500 km = 500 000 m et t = 4 h = 4 × 3600 = 14400 s. Je calcule : v = 500 000 / 14 400 = 34,72 m/s.
L'énergie cinétique est l'énergie que possède un objet qui se déplace.
• Pour savoir si l'énergie cinétique est proportionnelle à la vitesse, nous devons faire une expérience. Nous allons faire varier la vitesse de la balle en la jetant à différente hauteur. On s'aperçoit que les effets sont de plus en plus importants quand la vitesse augmente.
L'énergie cinétique n'est donc pas proportionnelle à la vitesse mais à la vitesse au carré.
Ec = 1 ÷ 2 × m × v2.
Avec :
  • Ec l'énergie cinétique en Joules de symbole J ;
  • m la masse de l'objet en kilogramme de symbole kg ;
  • v la vitesse de l'objet en mètre par seconde de symbole m/s.
Exemple : si un camion d'une tonne roule à 100 km/h, quelle est son énergie cinétique ?
Attention, il va falloir convertir avant le calcul : :
  • 100 km/h = 100 ÷ 3,6 m/s = 27,78 m/s ;
  • 1 tonne = 1 000 kg.
Donc :
  • Ec = 0,5 × 1000 × 27,782 ;
  • Ec = 385 802,5 J = 385,8025 kJ.
II. Transformation de l'énergie cinétique
Que va devenir cette énergie ?
• Lors d'un choc avec un autre véhicule ou un mur, la vitesse diminue instantanément à 0. Toute l'énergie cinétique accumulée va servir à déformer la voiture. Donc plus la vitesse est grande, plus l'énergie cinétique est grande, et plus le choc sera grand. L'énergie cinétique se transforme en énergie de déformation.
• Lors d'un freinage, l'énergie cinétique va se transformer en énergie thermique. En effet, les disques de frein du véhicule vont se mettre à chauffer pendant que la vitesse va diminuer. L'énergie cinétique diminue, l'énergie thermique augmente.
III. Énergie cinétique et sécurité routière
• Nous savons que l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse du véhicule et au carré de sa vitesse.
• Ainsi si la masse d'un véhicule est multipliée par 2, l'énergie cinétique sera multipliée par 2. Si la vitesse est multipliée par 2, l'énergie cinétique sera multipliée par 4 !
• On sait également que plus l'énergie cinétique est grande, plus un véhicule va déformer ou se déformer lors d'un choc. On comprend donc que la vitesse joue un rôle très important dans les accidents.
• Y-a-t'il un lien entre vitesse et distance d'arrêt ?
La distance d'arrêt est notée Da. Entre le moment où le conducteur voit le danger et le moment où la voiture s'arrête, il s'écoule un certain temps pendant lequel la voiture parcourt la distance d'arrêt.
Comment la mesurer ?
La distance d'arrêt Da est composée de 2 distances :
  • la distance de réaction notée Dr : entre le moment où le conducteur voit le danger et le moment où il appuie sur la pédale, il s'écoule un certain temps pendant lequel la voiture parcoure la distance de réaction ;
  • la distance de freinage notée Df : entre le moment où le conducteur appuie sur la pédale de frein et le moment où la voiture s'arrête, il s'écoule un certain temps pendant lequel la voiture parcourt la distance de freinage.
Da = Dr + Df
De quoi dépend la distance de réaction ?
Elle dépend du conducteur :
  • ses réflexes, sa condition physique : il faut s'assurer être en bonne forme pour conduire ;
  • sa bonne vue : il faut s'assurer que sa vue est bonne ;
  • sa consommation d'alcool : il ne faut pas consommer d'alcool avant de conduire ;
  • sa consommation de produits stupéfiants : il ne faut pas prendre de drogues ;
  • son état de fatigue : il faut être suffisamment reposé ;
  • son attention : il ne faut pas fumer, téléphoner, etc. en conduisant.
Dans de bonnes conditions, on estime le temps de réaction du conducteur est d'environ une seconde. Mais la distance parcourue dépend bien sûr de la vitesse. Mais une seconde à 100km/h, c'est plus de 25 m de parcouru !
De quoi dépend la distance de freinage ?
Elle dépend de conditions matérielles :
  • état de la route : la route est-elle en bon état ? ;
  • météo : la chaussée est humide ou glissante ;
  • état des pneus : il faut changer les pneus régulièrement.
Voilà pourquoi la limitation de vitesse sur autoroute passe de 130 à 110 km/h par temps de pluie.
Il y a donc un lien entre vitesse et distance d'arrêt.
Sur route sèche :
  • à 40 km/h : Da = Dr + Df = 11,1 + 10,3 = 21,4 m ;
  • à 80 km/h : Da = Dr + Df = 22,2 + 41,2 = 63,4 m. La vitesse a été multipliée par 2, la distance par 3 ! La voiture parcourt plus de la moitié d'un terrain de football avant de s'arrêter ;
  • à 130 km/h : Da = Dr + Df = 36,1 m + 108,5 m = 144,6 m. C'est énorme, voilà pourquoi il faut conserver des distances de sécurité suffisantes avec le véhicule de devant !
Évidemment cette distance peut encore augmenter si la route est mouillée, le conducteur en mauvaise forme, les pneus lisses, etc.
© rue des écoles. Tous droits réservés.
Partager
Partager sur Tweeter