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1 - Pour ceux qui sont curieux de l’apparition des newtons et des mètres newton ou newtons mètres et autres kilowatts dans les notices techniques de nos voitures.

L’emploi de ces nouvelles unités vient de ce que le « nouveau « système Décimal S I est obligatoire depuis le décret qui date tout de même du 3 Mai 1961 et remplace des systèmes d'unité comme le MKSA qui nous est plus familier car les poids étaient exprimés en kilos alors qu'il faut maintenant utiliser le Newton qui n'a évidemment pas la même valeur, de même que pour les métres.kilo et chevaux de nos moteurs qui deviennent des métres.newton et des kilowatts. Au travail ...

MASSE : M

La masse d'un corps est la quantité de matière qui le constitue on la désigne par M.

Elle s'exprime en Kg (attention Il s'agit de Kg masse et non de Kg force ou de Kg poids).

FORCE : F

La masse d'un corps peut être soumise à différentes accélérations.

Une force est le produit d'une masse par une accélération, elle s’exprime en Newtons.

F = M*accélération

La première est incontournable sur terre, c'est l'accélération de la pesanteur: g , elle est égale à 9,81 m/s/s

En effet une masse abandonné dans l'espace va chuter sous l'action d'une force qui va l'entraîner à une vitesse croissant à raison de 9,81 m / s toutes les secondes.

Cette force particulière s'appelle le poids que l'on désigne par P.

Une masse de 1 Kg à sur terre un poids de 9.81 Newton.

D'autres forces peuvent s'exercer sur un corps comme une accélération ou une décélération horizontale ,une force centrifuge etc.

Les forces se représentent par des vecteurs qui ont une direction, un sens et une longueur proportionnelle à leur intensité.

Les différentes forces se combinent et peuvent s'additionner vectoriellement pour composer une résultante.

TRAVAIL

Il y a travail lorsque le point d'application d'une force se déplace dans le sens de la force, si le déplacement n'est pas dans le sens de la force c'est seulement la composante dans le sens de la force qui est prise en compte.

Une force de 1 Newton qui élève un corps de 1 mètre produit un travail de 1 Joule.

Un travail est le produit d'une force par une distance, il s’exprime en Joules.

W=F*L

PUISSANCE

La puissance est le travail réalisé dans une unité de temps.

Le travail précèdent de 1Joule exécuté dans un temps de 1 seconde correspond à une puissance de l Watt.

Une puissance est le quotient d'un travail par un temps, elle s’exprime en Watts.

P=W/t

illustration:

Vous achetez 1 Kg de pomme de terre ( Kg masse) qui correspond à la quantité de matière souhaitée pour vos frites de midi, disons pour ce soir, d’ici que vous ayez lu la suite...

Au bout de votre bras ballant il exerce une force verticale de 1 Newton.

Voulant signaler votre acquisition à votre femme vous l'élevez de 1 mètre en hauteur: vous avez fait un travail de 1 Joule.

Si vous avez réussi ce geste en 1 seconde votre puissance déployée a été de 1 Watt.

(comme 1 Cv=736 W vous avez déployé une puissance de 1/736 Cv = 0,0013 Cv : pas terrible).

A noter au passage que si votre femme vous laisse planté la, ou même si vous vous déplacez horizontalement vous allez fatiguer mais pas produire de travail au sens mécanique, seul le déplacement ou la partie de déplacement dans le sens de la force compte.

Plus habitué à l'ancien système j'aurais choisi l'exemple d'un sac de 75 Kg élevé de 1 mètre de hauteur et ceci en 1 seconde pour définir une puissance de 1 CV.

Il faut retenir que

1 Kgf = 9,81 Newton

1 cheval = 75 Kg.m / seconde = 736 Watt

Jusqu'ici nous étions dans le domaine de la translation, pour nous rapprocher de nos moteurs de voiture voyons ce qui se passe dans celui de la rotation.

COUPLE ou MOMENT

C'est l'action d'une force F à une distance L d'un axe qui lui est perpendiculaire On appelle quelquefois bras de levier cette distance.

La formule est M = L*F

Le couple ou le moment s'expriment donc en mètre.newton m.N

Vous exercez par exemple un couple de 1 m.N quand vous exercez une force de 2 N au bout de votre clef coudée de 0,5 m pour débloquer votre écrou de roue. Pour la resserrer utilisez une clef dynamométrique qui déclenchera en atteignant le couple que vous lui aurez fixé.

Le couple moteur, dont nous reparlerons, était exprimé en m.Kg on le trouve maintenant en m.N

De ce que vous savez maintenant du rapport entre Kg et Newton vous déduisez que

1 m.Kg = 9,81 m.N

ce qui vous est bien utile lors de la lecture des notices des constructeurs automobiles.

TRAVAIL D'UN COUPLE

Pour une force le travail était le produit de cette force par un déplacement, pour un couple le travail est le produit de ce couple par une rotation.

PUISSANCE

La puissance est le travail réalisé dans l'unité de temps.

Comme travail = couple * rotation, divisons la rotation par le temps ce qui nous donne la vitesse de rotation et nous exprimerons la puissance, d'un moteur par exemple par la formule.

P = M * Vr

Attention, ne jamais oublier de rester dans un système d'unité cohérent: ici la puissance s'exprimera en Watts, le couple en m. N, et la vitesse de rotation en radians/seconde.

2 – Pour ceux qui s’intéressent à quelques notions de physique utiles au pilotage.

COUPLE ET PUISSANCE D'UN MOTEUR

Nous avons vu que la puissance est le produit du couple par la vitesse de rotation.

Le couple et la vitesse de rotation interviennent à égalité dans l’expression de la puissance, or la puissance exprimée dans les notices est la puissance maximale obtenue à un régime souvent proche du régime maximum, elle n’est intéressante qu’à la condition d’user intensément d’une boite de vitesse disposant de nombreux rapports. En dehors de cette utilisation extrême on utilisera le moteur à des régimes moyens ou mêmes bas, dans ces conditions et pour un régime déterminé la puissance disponible dépendra uniquement du couple, c’est pour cela que l’on attache tant d’importance à la forme de la courbe de couple. Le couple participe à la puissance à tous les régimes.

FORCE CENTRIFUGE

c’est la grande partenaire du pilotage.

Elle s’exprime par la formule : F = m v 2 / R qui montre que sa menace croit avec le carré de la vitesse et décroît avec l’agrandissement du rayon de la courbe.

Elle s’applique au centre de gravité de la voiture dans les courbes, c'est-à-dire sur les trains avant et arrière dans la même proportion que la répartition statique du poids entre ces deux trains.

MOMENT D'INERTIE

Considérant un axe de rotation déterminé, la masse du corps va avoir un rôle différent suivant qu'elle est proche ou éloignée de l'axe de rotation.

Le moment d’inertie J du corps est la somme des moments élémentaires des masses m situées à une distance r de l'axe et dont la valeur est mr 2.

J=MR2

R = rayon de giration fictif issu du calcul

EQUILIBRE STABLE, ÉQUILIBRE INSTABLE

Un objet est en équilibre stable quand il revient à sa position d'équilibre après qu'on l'ait écarté de cette position d'équilibre.

Un objet est en équilibre instable quand l'équilibre est rompu en procédant de la même manière.

Par exemple le balais que vous tenez par son cordon de suspension est en équilibre stable ,s'il est écarté de sa position d'équilibre par une force quelconque il y reviendra.

Si vous le retournez votre adresse vous permettra de le maintenir verticalement sur la paume de votre main mais il sera la en équilibre instable, une force appliquée l'écartant de sa position d'équilibre, même si elle cesse, l'aura écarté définitivement.

Observons qu’il viendra à la position d'équilibre précédente qui elle, est stable (à condition que vous teniez toujours le cordon).

M.G.

 

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