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L' IMPACT DE LA MASSE
Peut-on modifier les caractéristiques d’un véhicule terrestre dans l’optique de réduire son impact environnemental ?
Comme cité précédemment, le poids d’un véhicule permet en grande partie de réduire la portance. Le fait qu’il soit en mouvement (mouvement de translation) lui donne une énergie cinétique (énergie liée à la vitesse) Ec donnée par la relation : Ec=1/2m.v² avec :
- Ec, énergie cinétique, en joules
- m, masse, en kg
- v, vitesse, en m/s
L’énergie cinétique est donc influencée par la vitesse mais aussi par la masse, pour une masse égale, plus la vitesse augmente, plus l’énergie cinétique augmente, à l’inverse, le véhicule doit ralentir pour perdre son énergie. Nous pouvons donc dire que pour qu’une voiture s’arrête, elle doit perdre son énergie cinétique, elle doit être absorbée. cette absorption est réalisée par les frottements que la voiture a avec la route, mais aussi par le freinage et les plaquettes de frein, la perte de cette énergie n’étant pas instantanée, pour s’arrêter, la voiture parcourera une certaine distance. En conclusion, plus le véhicule va vite, plus il emmagasine d’énergie cinétique, donc plus il mettra de temps à s’arrêter.
Par exemple : pour passer de 135 km/h à 128.6 km/h, c’est à dire ralentir de 6.4 km/h, l’énergie cinétique à perdre sera de 100 kJ. En revanche, pour un même véhicule, pour passer de 40 km/h à l’arrêt complet, il faudra aussi perdre 100 kJ. La vitesse est donc un facteur non négligeable. A proprement parler, cette énergie ne peut pas être atténuée en changeant certaines caractéristiques d’un véhicule, le seul facteur qu’il serait possible de modifier serait la masse. Cependant, pour la sécurité des usagers, les constructeurs développent donc l’ensemble extérieur de la carrosserie pour emmagasiner le choc en cas d’accident. L’ énergie cinétique est donc absorbée par les déformations de la carrosserie. Pour représenter de façon concrète ces déformations et emmagasinement, tous les constructeurs ont recours aux “crash-tests”, représentation réelle d’un accident. Des mannequins adultes type sont équipés de capteurs mesurant entre autres le nombre de “g” reçus. Le “g” étant l’initiale de “gravité”, il correspond à l’accélération de la pesanteur à la surface de la Terre, on l’utilise notamment dans
l’aéronautique, comme avec l’accélération d’un avion de chasse, ou dans l’automobile, lors des phases d’accélération.
Le calcul de la force g peut être réalisé par les relations suivantes :
Le calcul de l’accélération, noté “a” commence tout d’abord par calculer le travail de la Force :
ΔEc est par ailleurs égal à 1/2m.v². En donnant 1m comme déplacement, on obtient alors la formule :
Nous souhaitons trouver F donc :
Désormais, nous souhaitons trouver le travail de la Force pour un véhicule de 1500 kg lancé à 60 km/h. Durant le calcul, nous diviserons 60 par 3,6 pour obtenir la vitesse en m.s^-1 :
Avec F, nous pouvons dorénavant trouver “a” (accélération) avec la formule :
Donc : a=F/m :
Nous pouvons alors diviser ce résultat par la valeur de g : 9,81
Nous pouvons alors conclure qu’un véhicule de 1500 kg, lancé à 60 km/h contre un mur se déformera sur 1m à l’impact, et, sans compter les airbags, un mannequin sera soumis à 19 g.
Le grand public retrouvera fréquemment cette information lors des courses de formule 1, les véhicules sont équipés de capteurs permettant de connaître la valeur de “g”. 1g correspond à la masse d’un corps immobile à la surface de la Terre. Lorsque l’on dit qu’un pilote de chasse subit 2g, ce dernier est soumis à une force égale à 2 fois sa propre masse. Les scientifiques disent que la tolérance humaine dépend de l’amplitude de l’accélération g, de la durée pendant laquelle elle est présente, de la direction sous laquelle elle agit, de l’endroit où elle est appliquée et de la posture du corps. Une force constante de 16g pendant 1 minute peut être mortelle tandis qu’une forte gifle peut faire subir plusieurs centaines de g localement sans forcément provoquer des lésions.
Les constructeurs s’efforcent alors de réaliser les carrosseries et les composants internes du véhicule de sorte à ce qu’ils soient déformables tout en restant solides pour réduire au plus possible les forces exercées sur l’habitacle et préserver la vie des usagers.