L`aérodynamisme

1ère S.1
LEDOUX Quentin
GUINET Kévin
BAC: T.P.E. printemps 2012
L’aérodynamisme
I – La recherche du sujet : (p.2)
II – La problématique : (p.2)
III – Les recherches sur internet : (p.2)
IV – L’expérience : (p.3)
V – La création de pièces : (p.3)
VI – L’installation des pièces et les mesures : (p.4)
VII – Résultats : (p.6)
VIII – Conclusion : (p.6)
IX – Remarque personnel : (p.7)
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I – La recherche du sujet :
Nous avons commencé notre T.P.E. en
cherchant un sujet. Au début, le sujet que
nous avions choisi était les hydroliennes,
mais étant donné que le sujet avait déjà été
pris l’an passé nous avons abandonné se
projet. Nous avions envie d’un sujet en
rapport avec un sport mécanique. Puis l’idée
de l’aérodynamisme nous vint à l’esprit.
Passionnés de motos, nous avons choisi de
travailler ce sujet sur un carénage de moto.
C’est à ce moment-là que nous avons commencé nos recherches.
II – La problématique :
Après avoir cerné le sujet il nous fallait une problématique : En
quoi influe l’aérodynamisme sur un corps qui se déplace à grande
vitesse ?
III – Les recherches sur internet :
Une fois que la problématique trouvée, nous pouvions faire des
recherches sur internet pour développer celle-ci. Nous avons trouvé un
site avec beaucoup d’information sur les carénages de motos
(http://www.mecamotors.com/b_partie_cycle/09_carenage/caren01.html). Nous avons pu
savoir à quoi sert un carénage. De nos jours la fonction principale du
carénage est d'améliorer "l'aérodynamisme" de la moto.
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L'aérodynamisme s'exprime de la façon suivante:
L'air exerce sur un corps en mouvement des forces de frottement.
L'air exerce aussi sur ce même corps en mouvement: Des surpressions à
l'avant, et des dépressions à l'arrière. Le solide doit donc vaincre deux
forces: Celle du frottement, et celle du déplacement d'air. Après avoir
consulté ce site, nous avons constaté que la forme du carénage peut
influer le comportement de la moto.
IV – L’expérience :
Pour démontrer ce que nous avons
évoqué auparavant, il nous fallait une
expérience. Il fallait que l’on puisse
mettre un corps à grande vitesse pour
pouvoir faire des mesures afin d’en
conclure que la forme d’une pièce joue un
rôle sur son aérodynamisme. Puis l’un des professeurs nous a fait
remarquer qu’il y avait une soufflerie au lycée et que nous pouvions
l’utiliser pour faire notre expérience.
V – La création de pièces :
Après avoir étudié la soufflerie, nous avons cherché comment
modéliser un carénage de moto. Nous devions calculer la surface de
chaque pièce, pour que les calculs ne soient pas faussés. En effet, si la
surface n’était pas la même sur chaque pièce, la force exercé par le
vent sur celle-ci ne serait pas la même. Nous avons dessiné ces pièces
sur Solidworks. Nous avons conçu trois formes de pièces différentes :
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« La sphère »
« le pavé »
« la goutte d’eau »
Après avoir imprimé ces pièces en 3 dimensions grâce à une imprimante
3D, voici le résultat :
« La sphère »
« le pavé »
« la goutte d’eau »
Ces impressions ont duré environ 45 heures.
VI – L’installation des pièces et les mesures :
Pendant que les pièces étaient en impression, nous avons
étudiés comment nous pourrions calculer la force qu’exerce le
vent sur les pièces. L’un des professeurs nous a appris comment
nous devions brancher la soufflerie, comment la démarrer et
comment la faire fonctionner.
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Nous avons mis les pièces en place dans la soufflerie
et nous en avons trouvé le mode de calcul des
mesures. Nous avons utilisé du fil de pêche très fin,
ce qui permettait de ne pas fausser les calculs (en
pointillés vert sur le schéma). Le vent pousse la
pièce (en rouge) qui est tenue par le balancier (en
bleu) et le poids qui est au bout du fil de pêche (en vert)
la retient. Avec cette technique nous pouvions
accrocher des poids (ici en photo à droite) de masse
différents et calculer la force qu’exerce le vent sur la
pièce. On calcule la force du vent par la formule
suivante :
P=m*g
P : poids en Newton [N]
m : masse en kilogramme [kg]
g : force gravitationnel sur Terre [=9.81]
Nous pouvions aussi calculer la trainée (c’est la force qu’exerce le vent
sur l’objet) sans utiliser le mécanisme, par la formule :
T = 1/2 (r.V2S.Cx)
S: Surface frontale [m²]
r: Densité de l'air [g/m3]
V: Vitesse [m/s]
Cx: Coefficient de traînée
Mais nous ne pouvions l’appliquer étant donné que la vitesse du vent
nous était inconnue.
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VII – Résultats :
Une fois les pièces imprimées nous avons procédé aux calculs.
Voici les résultats : - pour soulever la sphère il a fallu 10g soit 0.1 N
- pour soulever le pavé il a fallu 40g soit 0.4 N
- pour soulever la goutte d’eau il a fallu 7g soit
0.07N
En conclusion : la goutte d’eau est la plus aérodynamique et le pavé le
moins aérodynamique.
VIII – Conclusion :
Problématique : En quoi influe l’aérodynamisme sur un corps qui se
déplace à grande vitesse ?
Nous pouvions donc conclure que la forme influe sur
l’aérodynamisme ce qui modifie la force qu’exerce le vent à grande
vitesse. La goutte d’eau est la plus aérodynamique par sa forme qui
« accompagne » le vent vers l’arrière, par conséquent les frottements
d’air sont beaucoup moins
grands. Au contraire, le pavé lui
est moins aérodynamique par sa
forme « bloque » le vent ce qui
ralenti la pièce à cause de la
force de celui-ci. La sphère est
légèrement moins
aérodynamique que la goutte
d’eau car elle n’accompagne pas
entièrement le vent donc ralentie légèrement la pièce.
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IX – Remarque personnel :
Durant le projet nous nous sommes découvert une passion
commune. Nous avons appris à travailler en binôme afin de retenir les
meilleures idées de l’autre. En conclusion, il y avait une bonne cohésion
de groupe.
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