Ce diaporama vous guidera dans ce TP (il n’y aura pas d’autre fiche). Quand une question est posée, y répondre avant de passer à la suite. En cas de difficultés, consulter le professeur. Si le texte est en rouge  le copier sur votre compte-rendu.

Science et sécurité routière Séance 2 : Que se passe-t-il lors d'une collision ?

Lors de la dernière séance, vous vous posés la question : « Comment éviter une collision ? ». Aujourd’hui, la question que vous allez vous poser est : « Que se passe-t-il lors d’une collision ? ».

I / Distance de freinage Dans le TP précédent, vous avez vu que la distance de freinage n’était pas proportionnelle à la vitesse. Au cours de ce TP, vous allez tenter de trouver d’une part de quels paramètres dépend la distance de freinage, et d’autre part comment ces paramètres sont reliés entre eux.

A partir du matériel présent sur la table, imaginer un protocole expérimental permettant de répondre à la problématique. Puis, le soumettre votre protocole expérimental au professeur.

Rédiger le protocole expérimental validé par l’enseignant puis le schématiser.

Protocole expérimental : Lâcher des voitures (ou des billes) de différentes hauteurs et filmer la scène.

Réaliser l’expérience puis la schématiser sur votre compte-rendu. A l’aide du logiciel Avimeca, pointer les positions successives occupées par la bille lors de sa descente (à partir de l’instant où elle est lachée jusqu’au moment ou elle s’immobilise). Pour cela, aidez-vous de la notice fournie. En particulier, ne pas oublier d’étalonner la vidéo.

Exporter les données vers le logiciel Regressi. La courbe représentant les variations de y en fonction de x apparait dans la fenêtre Graphe (sinon, la faire tracer, en vous aidant de la notice fournie). Dans la fenêtre Grandeurs, onglet Variables, vérifier que vous avez l’ensemble des coordonnées (x et y) des positions pointées, aux différents instants (t).

A partir des trois variables x, y et t, vous allez pouvoir faire calculer, par l’ordinateur, la valeur de la vitesse instantanée V de la bille aux différents points. Pour cela, dans la fenêtre Grandeurs, onglet Expressions, taper la formule suivante : V=sqrt(DIFF(x,t)^2+DIFF(y,t)^2) Cliquer sur et vérifier que la nouvelle variable V apparait dans la fenêtre Grandeurs, onglet Variables.

En vous aidant de la notice fournie, tracer, dans la fenêtre Graphe, la courbe représentant les variations de la vitesse V en fonction du temps t.

1) Comment varie la vitesse dans la descente ? 2) Comment varie la vitesse sur le plan horizontal ? 3) Relever la vitesse V max en bas de la descente. Expliquer votre démarche. 4) Relever la distance de freinage d sur le plan horizontal. Expliquer votre démarche. Compléter le tableau de mesures collectif (chaque groupe remplit une ligne).

Une fois le tableau de mesures collectif rempli, tracer, dans la fenêtre Graphe, la courbe représentant les variations de la distance de freinage d en fonction de la vitesse V max en bas de la descente. 5) Dessiner sur votre compte-rendu l’allure de la courbe obtenue. En modélisant les points par une fonction judicieusement choisie, montrer que la distance de freinage d est proportionnelle au carré de la vitesse V max. 6) Quelle est la relation numérique entre d et V max (elle est donnée par Regressi) ?

7) La distance de freinage d dépend-elle uniquement de la vitesse V max en bas de la descente ? Justifier à l’aide de valeurs numériques issues du tableau de mesures collectif.

La distance de freinage d de la bille est proportionnelle à l’énergie cinétique E c de la bille. L’énergie cinétique d’un objet se calcule d’après la formule suivante : E c = ½ mV² où V est la vitesse en mètre par seconde (m/s), m la masse du véhicule en kilogramme (kg) et Ec l’énergie cinétique en joule (J). 8) Cela est-il cohérent avec les résultats du tableau de mesures collectif ? Si ce n’est pas le cas, trouver une explication.

Remarque : La distance de freinage d dépend également de l’état de la route (et de l’état des pneumatiques).

9) A votre avis, par quel matériau se terminent généralement les « zones de détresses » situées sur les autoroutes présentant des dénivellations importantes ?

II / Que se passe-t-il lors d’une collision ? Nous avons vu que tout objet en mouvement possède de l’énergie appelée énergie cinétique, qui se calcule par : E c = ½ mV². 1) Que peut-on dire de l’énergie cinétique d’un véhicule au cours du freinage ? Justifier.

Lors d’un freinage, la voiture « perd » de l’énergie cinétique. Cette énergie se retrouve obligatoirement sous une autre forme (c'est le principe fondamental de la conservation de l’énergie : l’énergie ne peut être ni créée ni détruite). Visualiser les trois vidéos « Crash-test - Vue arrière droite », « Crash-test - Vue latérale droite » et « Crash-test - Vue de face » sur le site.

2) Quelle trace de cette conversion d’énergie retrouve-t-on sur la voiture ? 3) En quelle autre forme d’énergie peut se transformer l’énergie cinétique lors d’un freinage ? au niveau de quel organe de la voiture ?

Si la distance est suffisante, toute (ou presque toute) cette énergie est transformée en énergie thermique. Si la distance est insuffisante pour éviter le choc, l’énergie cinétique est (en plus ou moins grande partie) transformée en énergie de déformation… Au cours du freinage, l’énergie cinétique diminue jusqu’à s’annuler. Cela demande une distance directement liée à E c (donc à V²).

Visualiser les deux vidéos « 3 crash-tests - Vitesse réelle - Vitesse réelle » et « Camion vs voitures ». 4) Que remarquez-vous (influence de deux paramètres) ? Comment aurait-on pu le prévoir ?

III / Sécurité 1) Voici une image extraite des aventures de Tintin dans l’île noire. Qu’arrive-t-il à Tintin et Milou lors du choc avec l’arbre ? 2) Quel accessoire (obligatoire depuis 40 ans) équipe les voitures pour éviter cela ? 3) Quel autre équipement assure une protection complémentaire lors d’un choc ?

Pour ceux qui penseraient : « En cas d’accident, je suis assez fort pour amortir le choc moi-même. Je me cramponne au volant ou aux poignées latérales. » FAUX. Les muscles des bras ne peuvent guère résister à une force de plus de 250 newtons. Or à 50 km/h contre un mur, c’est une force de plus de newtons qu’ils devraient développer pour retenir un corps de 75 kg. La ceinture est conçue pour résister à une force de à newtons environ. Les poignées de maintien, quant à elles, ne sont pas conçues pour résister à de tels poids. Elles sont un instrument de confort, et pas de protection. Non ceinturé, un corps est donc projeté à travers le pare-brise ou l’habitacle. Et il est impossible de se cramponner, ou de protéger un enfant dans ses bras.

Pour terminer (s’il reste du temps) Visualiser la vidéo « Crash-test Volvo vs Renault Modus (version sous-titrée) » représentant la collision entre une Volvo et une Renault Modus.