Energie Cinétique et Sécurité Routière

Document élève 1/ 4
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Physique – Chimie
Energie Cinétique et
Sécurité Routière
Objectifs :
o
o
Comprendre que l'énergie cinétique du véhicule croît comme le carré de sa vitesse.
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).
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m1 = 64g
D1 en cm
m2 = 129g
D2 en cm
Calculer la distance moyenne de recul de l'obstacle consécutivement au choc en faisant la moyenne des
distances de recul mesurées.
D1moy = ………….
D2moy = …………..
Formuler une conclusion en complétant les phrases de l’encadré ci-dessous avec les termes: « masse, même,
doublée, 2, proportionnelle »
Conclusion
À vitesse constante, l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse.
Pour une …….. vitesse, quand la …….. du véhicule en mouvement est ………, la distance d'arrêt,
donc les conséquences du choc sont multipliées par ……..
La masse en mouvement et la distance d'arrêt sont …………….
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.
L1 = 6,5 cm
D1 = ……….
D1 = ………..
D1 = ………..
D1 = ………..
D1 = ……….
D1moy = ……..
V1 = …………
V1 = …………
V1 = …………
V1 = …………
V1 = …………
V1moy = ………
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L2 = 25 cm
D2 = ………..
D2 = ………..
D2 = ………..
D2 = ………..
D2 = ………..
D2moy = ………
V2 = ………..
V2 = ………..
V2 = ………..
V2 = ………..
V2 = ………..
V2moy = ………..
L3 = 62 cm
D3 = …………
D3 = …………
D3 = …………
D3 = …………
D3 = …………
D3moy = ……….
V3 = ………..
V3 = ………..
V3 = ………..
V3 = ………..
V3 = ………..
V3moy = ………..
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En vous aidant des résultats présentés dans le tableau ci-dessus, rayer, dans les deux phrases ci-après les
propositions fausses parmi celles proposées en italiques :
-
Lorsque V2moy = 2 V1moy, D2moy est inférieur, égal, supérieur à 2 D1moy
-
Lorsque V3moy = 3 V1moy, D3moy est inférieur, égal, supérieur à 3 D1moy
Formuler maintenant une conclusion en complétant les phrases de l’encadré ci-dessous avec les termes
« grande, vitesse, importantes, proportionnelle, importante »
Conclusion :
Pour une masse donnée, plus la ……. du chariot est …….., plus la distance d'arrêt est …………, et
donc plus les conséquences du choc sont …………. Cependant la violence du choc n'est pas
……………. à la vitesse.
B : Comment la vitesse intervient-elle dans la violence du choc produit par un véhicule en mouvement heurtant
un obstacle ?
À partir du tableau de mesures du 2.A, compléter le tableau ci-dessous
(V1moy)2 = ......... (m/s)2
D1moy = ……… cm
(V2moy)2 = ……… (m/s)2
D2moy = ……… cm
V1moy)2 = ……… (m/s)2
D3moy = ……… cm
Compléter maintenant le tableau ci-après et comparer le rapport (V2moy)2/(V1moy)2 avec le rapport D2moy/D1moy.
Faire de même avec le rapport (V3moy)2/(V1moy)2 et le rapport D3moy/D1moy.
(V2moy)2/(V1moy)2 = ……..
(V3moy)2/(V1moy)2 = ……..
D2moy/D1moy = ……..
D3moy/D1moy = ……..
Formuler une conclusion en complétant les phrases de l’encadré ci-dessous avec les termes « importante,
grande, carré, proportionnelle, vitesse »
Conclusion : Pour une masse donnée, plus la ………. du chariot est ………., plus la distance d'arrêt est
…………, donc plus les conséquences du choc sont ……………….
La violence du choc est ……….. au ………. de la vitesse du véhicule.
À masse constante, l'énergie cinétique d’un véhicule en mouvement est donc proportionnelle au carré V2 de la
vitesse V de ce véhicule, et comme elle est aussi proportionnelle à sa masse comme l’a montré l’activité 1, on
peut écrire : Ec = ½ .m.V2.
Cette formule montre bien que la vitesse est la cause principale de la gravité des accidents. Ceci est à
retenir impérativement pour sauver des vies.
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EXERCICE D’APPLICATION :
Calculer en joule l'énergie cinétique Ec = ½ .m.V2 d'un véhicule lancé à la vitesse
V = 54 km/h et ayant une masse m = 2 tonnes.
(attention aux unités légales !)
Calculer sa distance de freinage DF, donnée par la relation DF = V2/20k.
k est un coefficient de frottement dépendant de l'état de la route et des pneus.
Prendre k = 0,7 correspondant à un revêtement moyen sec.
DF = ……………………
La distance de freinage étant proportionnelle au carré de la vitesse, calculer la distance
d'arrêt quand celle-ci atteint 108km/h
DF = …………………..
Il ne faut pas oublier qu'il convient d'ajouter à DF la distance DR parcourue pendant le
temps de réaction du conducteur que l’on peut estimer à 1 seconde, soit :
DR = 15 m à 54 km/h ou DR = 30 m à 108 km/h.
Ce qui donne pour la distance d’arrêt DA = DR + DF :
- à 54 km/h, DA = 16,1 + 15 = 31,1 m
- à 108 km/h, DA = 30 + 64,4 = 94,4 m.
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