Le couple est une force exercée sur un objet ; cette force tend à modifier la vitesse de rotation de l’objet. Une voiture compte sur le couple pour s’arrêter. Les plaquettes de frein exercent une force de frottement sur les roues, ce qui crée un couple sur l’essieu principal. Cette force empêche le sens de rotation actuel de l’essieu, arrêtant ainsi le mouvement de la voiture vers l’avant.
Dessinez un diagramme à corps libre. Un diagramme à corps libre isole un objet et remplace tous les objets externes par des forces vectorielles ou torsionnelles. Ceci vous permet de faire la somme des forces et de déterminer la force nette et le couple agissant sur un objet.
Montrer toutes les forces agissant sur le véhicule au moment où le conducteur commence à freiner. Il y a la force descendante de la gravité, et il y a aussi la force ascendante exercée par la route. Ces deux forces sont égales et opposées, donc elles s’annulent l’une l’autre. La force restante est la force de frottement exercée par la route, qui agit horizontalement dans la direction opposée au mouvement du véhicule. Supposons, par exemple, que vous analysez un Jeep de 2 000 kilogrammes qui vient de commencer à freiner. Votre diagramme montrerait deux forces verticales égales et opposées de 19 620 Newtons, qui totalisent jusqu’à zéro, et une force horizontale indéterminée.
Déterminez la force horizontale de la route en utilisant la deuxième loi de Newton – la force sur un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération. Vous connaissez ou pouvez probablement obtenir le poids du véhicule à partir des spécifications du constructeur, mais vous devrez calculer le taux de décélération. L’une des façons les plus simples d’y parvenir est de supposer un taux de décélération moyen à partir du moment où les freins sont serrés pour la première fois jusqu’au point de desserrage. La décélération est alors la variation totale de la vitesse divisée par le temps écoulé pendant le processus de freinage. Si la Jeep passait d’une vitesse de 20 mètres par seconde à 0 mètre par seconde en 5 secondes, sa décélération moyenne serait de 4 mètres par seconde par seconde. La force nécessaire pour provoquer cette décélération est de 2 000 kg * 4m/s/s, ce qui équivaut à 8 000 Newtons.
Calculez le couple que la force de la route provoque autour de l’essieu. Comme le couple est égal à la force fois sa distance du point de rotation, le couple est égal à la force de la route fois le rayon de la roue. La force de la route est la réaction de torsion égale et opposée causée par les freins, de sorte que le couple de freinage est égal en magnitude et opposé en direction au couple exercé par la route. Si la roue de la Jeep a un rayon de 0,25 mètres, le couple de freinage est égal à 8 000 N * 0,25m, soit 2 000 Newton-mètres.
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