ENERGIE MECANIQUE ET SECURITE ROUTIERE

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1 ENERGIE MECANIQUE ET SECURITE ROUTIERE I- Energie cinétique d'un objet. 1- Rappel: Calcul de la vitesse d'un objet. La vitesse d'un objet en chute libre augmente avec la hauteur de la chute. (Existence toutefois d'une "vitesse limite"; cas du parachutiste). On parle de mouvement accéléré lorsque la vitesse d un corps augmente au cours du temps La vitesse d'un objet s'exprime par la relation: V= avec d: distance en mètres m t: temps en secondes s v: vitesse en m/s -1 Remarque: Ordre de grandeur de quelques vitesses: Compléter le document suivant : Valeur en m/s Valeur en km/h Vitesse maximale de l'homme à la course Vitesse de pointe du guépard 30,6 110 Vitesse maximale d'un train 97,2 550 Vitesse du son dans l'air (Mach 1) Vitesse maximale d'un avion (Mach 2) Vitesse de la lumière , Exercices: calculs de vitesses et conversions RADARS ET DEPASSEMENT 2- Mise en évidence de l énergie cinétique. SOURCE : Que se passe-t-il au cours d une collision?

2 Situation déclenchante : VIDEOS DE CRASH TEST 25, 50, 75 Km/h (Les conclusions que l on pourra tirer à partir de ces vidéos sont valables uniquement pour des chocs frontaux.) - Faire noter les observations Apport théorique : Cas de freinage sans collision Cas de freinage et de collision Je retiens: Un véhicule possède, lorsqu il se déplace une énergie appelée énergie cinétique. Quand il s arrête (comme lors d un choc), cette énergie cinétique disparaît. Elle est transformée en énergie thermique essentiellement au niveau des freins, et s il y a collision, en déformations. Questionnement : De quoi dépend cette énergie cinétique? - Elaboration d hypothèses : (élèves) - Elaboration d un moyen de répondre (protocole expérimental) - On attend des élèves le protocole suivant : On lance des voitures identiques (même masse) à différentes vitesses et on mesure les déformations. On lance des voitures de différentes masses à une même vitesse. Expérimentation : - Visualisation des vidéos de crash en fct de la masse et de la vitesse puis réalisation des graphiques sur fiche TP

3 Je retiens: - L énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse du véhicule. - L énergie cinétique est proportionnelle à la masse du véhicule pour une vitesse donnée. - L énergie cinétique n est pas proportionnelle à la vitesse. - Si la masse est doublée, l énergie cinétique l est aussi - Si la vitesse est doublée, l énergie cinétique est multipliée par quatre. 3- Expression de l énergie cinétique. En utilisant l expression Ec= ½ m v² on peut montrer que les calculs et les graphiques réalisés sont identiques à ceux des expériences. Fiche prof Je retiens: L énergie cinétique d un véhicule roulant à la vitesse v et possédant une masse m se calcule d après la formule suivante : E c = mv 2 E: énergie cinétique en joules J m: masse de l'objet en kilogramme v: vitesse de l'objet en mètre par seconde m/s -1

4 II- Energie potentielle d'un objet. Activité 1 : BORDAS : p228 Activité 2 : Chute d eau..ex 8 / 9 p 237 III- Energie mécanique d'un objet. Activité : Etude d un manège ; Les montagnes Russes Animation flash : gie_potentielle_cinetique_mecanique.htm - visualisation de l animation et mise en évidence des variations entre EC, Ep, Em - Question : «Quand la balle est dans la montagne, est que le trajet qu elle prend est une pente ou une descente?» - Fiche à compléter (3 images) - La masse est - La hauteur est donc l énergie de position est.. - La vitesse est.. donc l énergie cinétique est... - L énergie mécanique est Je retiens : Un objet en mouvement possède: - une énergie de mouvement appelée Energie Cinétique. - une énergie de position qui dépend de l'altitude de l'objet par rapport au sol. La somme de ces énergies de position et cinétique constitue son énergie mécanique. - On exprimera l'énergie mécanique (en joules) d'un objet par la relation: E m = E c + E p

5 - Application à la chute d une balle : Z (altitude) Z (altitude) Conservation de l énergie mécanique Z1 1 Main Conservation de l énergie mécanique Z1 1 Main 0 0 Etape 1 : Etape 2 : La balle est dans la main : Au moment où la balle touche le sol : * L énergie Les courbes cinétique d évolution est.. des trois énergies, L énergie obtenues cinétique par enregistrement est.. sont : L énergie de position est.... L énergie de position est Associe à chacune l énergie correspondante. Je retiens : L énergie mécanique, somme de l énergie cinétique et de l énergie potentielle est constante tout au long du mouvement (en l absence de frottements). IV- Energie et sécurité routière. Vous êtes au volant d une voiture roulant à 50 km/h. la voiture devant vous est à 9 mètres (distance entre le pare-choc avant de votre voiture et le pare-choc arrière du véhicule qui vous précède). Tout à coup, la voiture qui vous précède s arrête brusquement!» Que se passera-t-il?

6 1- La distance d arrêt. La distance d arrêt (DA) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur perçoit l obstacle et le moment où la voiture est arrêtée. La distance de réaction (DR) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur perçoit l obstacle et le moment où le conducteur appuie sur le frein. La distance de freinage (DF) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur appuie sur le frein et le moment où la voiture s arrête complètement. Activité 1: texte ci-dessous ou Activité p 196; questions & conclusion Questions: 1- De quoi dépend la distance d'arrêt d'un véhicule? 2- La distance parcourue pendant le temps de réaction est-elle proportionnelle à la vitesse? 3- La distance parcourue pendant le temps de freinage est-elle proportionnelle à la vitesse? Comment varie-t-elle en fonction de la vitesse? 4- Donner une expression de la distance d'arrêt 5- Quelle est la distance d arrêt pour un véhicule roulant à 80 km/h sur route sèche? Sur route mouillée?

7 Je retiens D A = D R + D F - Facteurs aggravants que sont : L état des pneus ; L état des freins ; La déclivité de la route ; L état de la chaussée (pluie, verglas, neige, ) 2- Energie et ceinture de sécurité. CAS 1 : Calculer l énergie cinétique puis la force correspondante A 90 km/h, un enfant de 15 kg : F eq = 500 kg A 90 km/h, un adulte de 90 kg : F eq = 2,2 tonnes. Or, avec nos bras, nous sommes en mesure de retenir une force de 500 N, avec nos jambes, nous sommes en mesure de retenir une force de 700 N, la ceinture de sécurité quant à elle, peut retenir une force de N (3 tonnes) Conclusion? La ceinture de sécurité est un dispositif de sécurité permettant de limiter les mouvements incontrôlables des passagers d'un véhicule, lors d'un choc. Ainsi, lors d'un choc, les occupants d un véhicule ne sont pas projetés contre des obstacles, par l'énergie cinétique qu'ils ont accumulée. CAS 2 Calculez l énergie cinétique du chauffeur (poids 75 kg ) lors d un choc frontal avec une vitesse de 50 km/h contre un obstacle fixe. CAS 3 50 km/h = m 1h = s 50 km/h = 13,89 m/s Ec= ½ 75 13,89 2 = 7 240,16 Joules, ce qui correspond à 724 kg Faites le même calcul de l énergie cinétique d un organe, p.ex. le cœur (poids moyen g) Les organes vitaux (le cœur, le foie, les poumons, le cerveau ) ont également leur propre énergie cinétique. Tout comme le passager se heurte au pare-brise, au tableau de bord les organes se heurtent à la cage thoracique et à la boîte crânienne. Plus la vitesse est élevée, plus le choc est violent et moindres sont les chances de survie. Déformation des structures avant, port de la ceinture de sécurité (voir annexe), airbag, permettent de limiter les conséquences des accidents frontaux, à condition que la vitesse, lors de l impact, ne soit pas excessive.

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