Energie Cinétique Sécurité Routière

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Programme :
C - De la gravitation … à l’énergie mécanique
C2 - Énergie cinétique et sécurité routière
Dans les moyens de transport, l’homme cherche toujours à aller plus vite pour gagner du temps ; le
train à grande vitesse (TGV) en est une remarquable illustration. Mais les trop nombreux accidents
routiers qui touchent notamment les jeunes justifient à eux seuls l’approche quantitative de l’énergie
cinétique. Plus positivement, ce paragraphe peut être exploité avec profit dans le cadre de l’attestation
scolaire de sécurité routière, afin d’attirer l’attention des élèves sur les dangers de la vitesse.
Connaissances Capacités Commentaires
Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?
La distance de freinage croît plus
rapidement que la vitesse. Exploiter les documents relatifs à la sécurité routière. Thèmes de convergence :
sécurité, énergie
Mots-clé
o Énergie cinétique
o vitesse
o distance d'arrêt
o sécurité routière
o accidents
o chocs
Liste de matériel :
Professeur ou élèves Référence
o Mesureur de vitesse 06020
o Maquette énergie cinétique 00954
Remarques
o Le « Joule » est l’unité d'énergie dans le système international. Cela représente l'énergie
de mouvement d'un mobile de masse m = 2 kg se déplaçant à la vitesse v = 1 m/s.
o Du fait de la dispersion des résultats lors des mesures de la vitesse du chariot et de celles
de la distance de recul de l'obstacle lors du choc, cette activité se prête bien à la
réalisation d'une étude statistique.
Astuces
o S'assurer que la position du capteur de vitesse par rapport au rail ne change pas, au
besoin les rendre solidaires.
Physique – Chimie
Energie Cinétique
Sécurité
Routière
Niveau 3ème

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o Mesurer au pied à coulisse le diamètre du cylindre qui passe dans la fourche optique afin
de régler le mesureur de vitesse.
o Régler la position de la fourche optique pour que le cylindre posé sur le chariot en sorte
au moment où il rencontre l'obstacle.
o Prendre soin de lâcher le chariot sans vitesse initiale.
o Vérifier le positionnement correct de l'obstacle devant le zéro de la règle avant chaque
lâcher du chariot.
o On pourrait penser qu’en choisissant les distances à parcourir par le chariot telles que
L2 = 4L1 et L3 = 9L1 les vitesses atteintes par ce dernier au moment de l’impact sur
l’obstacle seraient telles que V2 = 2V1 et V3 = 3V1 : en réalité, à cause des frottements,
cela n’est pas réalisable.
Il faut donc tâtonner à partir de la situation idéale décrite ci-dessus et absolument
vérifier que les vitesses finales du chariot sont dans les proportions choisies en ajustant
les distances à parcourir (par exemple si L1 = 6,5 cm, L2 = 25 cm au lieu de 26 et
L3 = 62 cm, au lieu de 58,5)
La longueur du banc de lancement étant limitée, il faut veiller à ce que L1 n'excède pas
7 cm si on souhaite que L3 = 9 L1 reste réalisable.

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Prolongements possibles :
 Histoire des sciences
James Prescott Joule (1818 - 1889)
Physicien britannique, il étudie la chaleur dégagée par les courants électriques dans les conducteurs et
formule en 1841 la loi qui porte son nom et qui codifie le dégagement d’énergie thermique dans un
conducteur de résistance R parcouru pas un courant électrique d’intensité I pendant un temps t :
W = RI2t
Il détermine également, en 1842, l'équivalent mécanique de la « calorie », ancienne unité d’énergie
thermique, en s’appuyant sur le principe de conservation de l'énergie qu’il énonce. Il trouve qu’une
calorie (cal) correspond à 4,18 J.
Utilisant la théorie cinétique des gaz, il calcule la vitesse moyenne des molécules gazeuses.
 Sécurité routière
Extrait du site gouvernemental de la sécurité routière :
http://www2.securiteroutiere.gouv.fr/IMG/pdf/vitesse21_09_07.pdf
" La distance d’arrêt augmente avec la vitesse. Elle correspond à la distance parcourue pendant le
temps de réaction du conducteur plus la distance de freinage du véhicule. Face à un événement
imprévu, le conducteur réagit toujours avec un léger temps de décalage. Ce temps de réaction varie de
1 à 2 secondes et dépend de l’attention du conducteur, de son expérience de la conduite, de son état
physique et des conditions de circulation. Avec la vitesse, la distance parcourue pendant ce délai
incompressible s’accroît, quel que soit le conducteur.
La distance de freinage du véhicule dépend, bien entendu, de l’état de la chaussée : sur sol humide,
elle est quasiment multipliée par deux. Mais c’est la vitesse qui a le plus d’influence sur la distance de
freinage. Quand la vitesse double, la distance de freinage est multipliée par quatre : on dit que la
distance de freinage varie avec le carré de la vitesse.
En cas d’accident, le choc est plus violent, et les conséquences plus graves. Jusqu’à 30 km/h, la
probabilité d’être tué lors d’un choc frontal est quasi nulle. Mais elle augmente rapidement avec la
vitesse. Ainsi, la probabilité qu’un conducteur ceinturé soit tué lors d’un choc frontal à 70 km/h est de
50%. Pour tout passager du véhicule, même ceinturé, à la suite d’un choc au-dessus de 80 km/h, la
mort est quasi inévitable."

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Objectifs :
o Comprendre que l'énergie cinétique du véhicule croît comme le carré de sa
vitesse.
o Comprendre que plus l'énergie cinétique du véhicule est grande, plus les
conséquences sont graves en cas de choc.
Le dispositif utilisé permet de mesurer la vitesse V d'un chariot de masse m, donc de calculer
son énergie cinétique selon la formule Ec = 1/2.m.V2.
Il permet de visualiser les conséquences d'un choc par la distance plus ou moins importante de
recul de l'obstacle percuté par le chariot.
ACTIVITÉ 1 : étude de l'influence de la masse en mouvement lors du choc, la vitesse
étant constante.
Le chariot a une masse m1 qui peut être doublée par l'ajout d'une charge : m2 = 2 m1.
Activer le mesureur de vitesse : il permettra de vérifier que la vitesse reste la même à
chaque lâcher.
Positionner l'obstacle devant le zéro de la règle.
Lâcher le chariot à 9 reprises depuis la même position sur le rail en prenant soin de ne
pas lui communiquer de vitesse initiale.
Mesurer la distance d'arrêt "D" du chariot visualisée par le déplacement de l’obstacle
percuté et reporter à chaque fois le résultat dans le tableau ci-dessous (D1 pour le chariot
de masse m1 et D2 pour le chariot de masse m2).
Physique – Chimie
Energie Cinétique et
Sécurité
Routière
Nom :
Prénom :
Classe :
Date :

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m1 =
64g
D1 en
cm 18,5 21,0 20,0 21,0 22,5 22,0 24,0 22,0 24,5
m2 =
129g
D2 en
cm 44,0 47,0 47,5 48,0 44,0 43,5 46,0 44,5 43,5
Calculer la distance moyenne de recul de l'obstacle consécutivement au choc en faisant
la moyenne des distances de recul mesurées.
D
1moy = 21,7cm D 2moy = 45,3cm
Formuler une conclusion en complétant les phrases de l’encadré ci-dessous avec les termes :
« masse, même, doublée, 2, proportionnelle »
ACTIVITÉ 2 : étude de l'influence de la vitesse du véhicule en mouvement lors d'un
choc, la masse étant constante.
On peut faire varier la vitesse du chariot en le lâchant de plus ou moins haut sur le rail.
A : La violence du choc produit par un véhicule en mouvement heurtant un obstacle est-elle
proportionnelle à la vitesse de ce véhicule ?
Choisir les vitesses dans les proportions : V2 = 2V1 et V3 = 3V1 en fixant les longueurs des
distances à parcourir sur le rail incliné telles que L1 = 6,5 cm, L2 =25 cm et L3 = 62 cm, La
masse du chariot sera m2 = 129 g
On effectuera 5 mesures à chaque fois et on calculera les moyennes.
Les vitesses seront mesurées en m/s et les distances d’arrêt D en cm.
Conclusion
À vitesse constante, l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse.
Pour une même vitesse, quand la masse du véhicule en mouvement est doublée, la distance d'arrêt,
donc les conséquences du choc sont multipliées par 2.
La masse en mouvement et la distance d'arrêt sont proportionnelles.