II ] PHYSIQUE : sur 8 points.
LA M
LA MLA M
LA MONTÉE
ONTÉE ONTÉE
ONTÉE
D’UNE
D’UNE D’UNE
D’UNE
CÔTE
CÔTECÔTE
CÔTE
Un véhicule automobile, assimilé à son centre d‘inertie G, de masse : M = 1,20 tonnes, monte, à la vitesse constante
VG = 72,0 km.h-1, une côte inclinée de : α
αα
α = 10,0° sur l’horizontale. On prendra : g = 9,81 m.s-2.
1. Énoncer la condition d’équilibre d’un système matériel.
2. La force d’action de l’air sur le véhicule,
air, est opposée au vecteur vitesse
G de son centre d’inertie. Sa norme,
fair, est proportionnelle au carré de la valeur VG de sa vitesse. La constante de proportionnalité, notée k, s’exprime par :
k = 0,5.Cx.ρ
ρρ
ρ air.S, où :
0,5 est un facteur sans unités ;
Cx est un coefficient caractérisant la forme plus ou moins aérodynamique du véhicule, on prendra : Cx = 0,350 ;
ρ
ρρ
ρ air est la masse volumique de l’air, on donne : ρ
ρρ
ρ air = 1,30 kg.m-3 ;
S est la surface frontale que présente le véhicule à l’air, on donne : S = 5,00 m2.
Pour simplifier l’étude, on supposera que les actions de frottement de freinage entre les pneumatiques
et la chaussée n’interviennent pas.
2.1. Exprimer, puis calculer, la valeur de fair.
2.2. Quelle est l’unité de Cx ?
3. La force d’action de la chaussée sur le véhicule possède une composante perpendiculaire à
G, notée R
.
Déterminer l’expression littérale en fonction des données, puis donner la valeur numérique, de la norme R de R
.
4. Quelle doit être la valeur numérique de la norme F de la force de propulsion F
du véhicule pour maintenir constante
la valeur VG de sa vitesse ?
5. La force de propulsion, F
, se répartit également sur les deux roues avant du véhicule. On appelle coefficient de
frottement, noté f, le rapport de la force de propulsion, pour une roue motrice, à la composante perpendiculaire à
G de
l’action de la chaussée, ramenée à une roue. Déterminer une valeur numérique de f.
6. Le véhicule gravit la distance rectiligne AB = 500 m sur la côte inclinée.
6.1. Exprimer, puis calculer numériquement, le travail mécanique de la force de propulsion F
au cours du
déplacement AB
.
6.2. Que vaut la puissance mécanique instantanée de F
?
6.3. Exprimer, puis calculer numériquement, le travail mécanique du poids du véhicule au cours du même
déplacement AB
.
6.4. Exprimer, puis calculer numériquement, le travail mécanique de la force
air au cours du déplacement
B
.
6.5. Que vaut la somme algébrique des travaux des forces appliquées au véhicule au cours du déplacement
B
?
7. Arrivé en B, le conducteur coupe brutalement et instantanément le moteur.
7.1. Énoncer la deuxième loi de Newton.
7.2. Déterminer la direction et le sens de la résultante des forces d’action subies par l’automobile, dans ces
nouvelles conditions.
7.3. Que devient alors le vecteur vitesse
G du véhicule ?
On précisera sa direction, son sens et l’évolution de sa norme.