La Force de Traction : Faire Avancer la Voiture !
Le moteur gronde, les pneus crissent... Quelle force fait avancer la voiture ?
Pour qu'une voiture avance, son moteur doit produire une force qui la pousse vers l'avant : c'est la force de traction. Cependant, d'autres forces s'opposent à ce mouvement, comme les frottements de l'air et des pneus sur la route. La force nette, qui est la somme de toutes ces forces, détermine si la voiture accélère, ralentit ou roule à vitesse constante. Dans cet exercice, nous allons calculer la force de traction nécessaire pour faire accélérer une voiture. 🚗💨
Démarrage en Puissance
Schéma des Forces Agissant sur la Voiture en Accélération
Schéma simplifié des forces horizontales principales agissant sur la voiture.
Questions à traiter
- Qu'est-ce que la force de traction d'un véhicule ? Par quel organe du véhicule est-elle principalement générée ?
- La force nette (\(F_{\text{nette}}\)) est la force résultante qui provoque l'accélération.
- Rappelle la deuxième loi de Newton qui relie la force nette, la masse et l'accélération.
- Calcule la force nette (\(F_{\text{nette}}\)) agissant sur la voiture de sport.
- Calcul de la force de traction :
- Exprime la relation entre la force nette (\(F_{\text{nette}}\)), la force de traction (\(F_{\text{traction}}\)) et les forces de résistance (\(F_{\text{résistance}}\)) lorsque la voiture accélère vers l'avant.
- Calcule la valeur de la force de traction (\(F_{\text{traction}}\)) développée par le moteur de la voiture.
- Si le conducteur maintient cette même force de traction (\(F_{\text{traction}}\) calculée en 3b), mais que les forces de résistance augmentent à \(F'_{\text{résistance}} = 800 \text{ N}\) (par exemple, à cause d'un vent de face plus fort) :
- Quelle serait la nouvelle force nette agissant sur la voiture ?
- Quelle serait la nouvelle accélération de la voiture ?
- Imagine que la voiture roule maintenant à une vitesse constante sur une route plate.
- Que peut-on dire de son accélération ?
- Que peut-on dire de la force nette agissant sur la voiture ?
- Si les forces de résistance sont toujours de \(F_{\text{résistance}} = 600 \text{ N}\), quelle est alors la valeur de la force de traction développée par le moteur pour maintenir cette vitesse constante ?
Correction : Faire Avancer la Voiture !
Question 1 : Force de traction
Réponse :
La force de traction d'un véhicule est la force motrice qui le propulse vers l'avant. Elle est principalement générée par le moteur du véhicule, qui transforme une forme d'énergie (chimique pour un moteur à essence, électrique pour un moteur électrique) en énergie mécanique transmise aux roues.
Question 2 : Force nette et deuxième loi de Newton
Réponse a) Deuxième loi de Newton :
La deuxième loi de Newton (ou principe fondamental de la dynamique) s'écrit :
Où \(F_{\text{nette}}\) est la force nette en Newtons (N), \(m\) est la masse de l'objet en kilogrammes (kg), et \(a\) est son accélération en mètres par seconde carrée (\(\text{m/s}^2\)).
Réponse b) Calcul de la force nette :
Masse \(m = 1200 \text{ kg}\), Accélération \(a = 2,5 \text{ m/s}^2\).
La force nette agissant sur la voiture est de \(3000 \text{ N}\).
Question 3 : Calcul de la force de traction
Réponse a) Relation entre les forces :
Lorsque la voiture accélère vers l'avant, la force nette est la différence entre la force de traction (qui tend à faire avancer) et les forces de résistance (qui s'opposent au mouvement) :
Réponse b) Calcul de la force de traction :
On a \(F_{\text{nette}} = 3000 \text{ N}\) et \(F_{\text{résistance}} = 600 \text{ N}\).
Donc, \(F_{\text{traction}} = F_{\text{nette}} + F_{\text{résistance}}\).
La force de traction développée par le moteur est de \(3600 \text{ N}\).
Question 4 : Augmentation des forces de résistance
Réponse a) Nouvelle force nette :
La force de traction reste \(F_{\text{traction}} = 3600 \text{ N}\).
Nouvelles forces de résistance \(F'_{\text{résistance}} = 800 \text{ N}\).
La nouvelle force nette serait de \(2800 \text{ N}\).
Réponse b) Nouvelle accélération :
Masse \(m = 1200 \text{ kg}\), \(F'_{\text{nette}} = 2800 \text{ N}\).
La nouvelle accélération de la voiture serait d'environ \(2,33 \text{ m/s}^2\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si la force de traction est égale à la force de résistance, la voiture :
Question 5 : Voiture à vitesse constante
Réponse a) Accélération à vitesse constante :
Si la voiture roule à vitesse constante, son accélération est nulle (\(a = 0 \text{ m/s}^2\)).
Réponse b) Force nette à vitesse constante :
D'après la deuxième loi de Newton, si \(a = 0\), alors \(F_{\text{nette}} = m \times 0 = 0 \text{ N}\).
La force nette agissant sur la voiture est nulle.
Réponse c) Force de traction à vitesse constante :
Si \(F_{\text{nette}} = 0\) et que \(F_{\text{nette}} = F_{\text{traction}} - F_{\text{résistance}}\), alors :
Puisque \(F_{\text{résistance}} = 600 \text{ N}\) :
La force de traction développée par le moteur est de \(600 \text{ N}\) pour maintenir une vitesse constante.
Quiz Intermédiaire 2 : Pour augmenter l'accélération d'une voiture (sa masse restant constante), il faut :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Si une voiture de \(1000 \text{ kg}\) accélère à \(2 \text{ m/s}^2\), la force nette agissant sur elle est de :
2. Une voiture roule à vitesse constante. Sa force de traction est de \(400 \text{ N}\). Les forces de résistance totales sont de :
3. Si la force de traction d'une voiture est de \(1500 \text{ N}\) et les forces de résistance de \(500 \text{ N}\), la force nette est de :
Glossaire de la Traction
- Force (\(F\))
- Action capable de modifier l'état de mouvement d'un objet ou de le déformer. Unité : Newton (\(\text{N}\)).
- Force de Traction (\(F_{\text{traction}}\))
- Force motrice exercée par un moteur (ou un animal, une personne) pour faire avancer un véhicule ou un objet.
- Forces de Résistance (\(F_{\text{résistance}}\))
- Ensemble des forces qui s'opposent au mouvement d'un objet, comme les frottements de l'air (résistance aérodynamique) et les frottements de roulement (entre les pneus et la route).
- Force Nette (\(F_{\text{nette}}\))
- Résultante de toutes les forces agissant sur un objet. C'est la force qui, si elle n'est pas nulle, provoque l'accélération de l'objet.
- Masse (\(m\))
- Mesure de la quantité de matière d'un objet et de son inertie. Unité : kilogramme (\(\text{kg}\)).
- Accélération (\(a\))
- Taux de variation de la vitesse d'un objet. Unité : mètre par seconde carrée (\(\text{m/s}^2\)). Une accélération positive signifie que la vitesse augmente, une accélération négative (décélération) signifie que la vitesse diminue.
- Deuxième Loi de Newton
- Exprime que la force nette appliquée à un objet est égale au produit de sa masse par son accélération : \(F_{\text{nette}} = m \times a\).
- Newton (\(\text{N}\))
- Unité de mesure de la force. \(1 \text{ N}\) est la force nécessaire pour donner à une masse de \(1 \text{ kg}\) une accélération de \(1 \text{ m/s}^2\).
- Mouvement Uniforme
- Mouvement à vitesse constante (accélération nulle). Dans ce cas, la force nette est nulle.
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