Le couple est une force exercée sur un objet; cette force tend à faire changer la vitesse de rotation de l'objet. Une voiture compte sur le couple pour s'arrêter. Les plaquettes de frein exercent une force de friction 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 vers l'avant de la voiture.
Dessinez un diagramme de corps libre. Un diagramme de corps libre isole un objet et remplace tous les objets externes par des forces vectorielles ou de torsion. Cela vous permet de faire la somme des forces et de déterminer la force nette et le couple agissant sur un objet.
Montrez toutes les forces agissant sur le véhicule lorsque le conducteur commence à freiner. Il y a la force de gravité descendante, et il y a aussi la force ascendante exercée par la route. Ces deux forces sont égales et opposées, elles s'annulent donc. La force restante est la force de frottement exercée par la route, qui agit horizontalement dans la direction opposée au mouvement du véhicule. Par exemple, supposons que vous analysiez une 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 zéro, et une force horizontale indéterminée.
Déterminez la force horizontale de la route à l'aide de la deuxième loi de Newton: la force exercée sur un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération. Vous connaissez probablement ou pouvez obtenir le poids du véhicule à partir des spécifications du fabricant, mais vous devrez calculer le taux de décélération. L'un des moyens les plus simples d'y parvenir est de supposer un taux moyen de décélération à partir du moment où les freins sont appliqués pour la première fois, jusqu'au point de relâchement. La décélération est alors le changement total de vitesse divisé par le temps qui s'est 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 * 4 m/s/s, ce qui équivaut à 8 000 Newtons.
Calculez le couple que la force de la route provoque autour de l'essieu. Parce que le couple est égal à la force multipliée par sa distance par rapport au point de rotation, le couple est égal à la force de la route multipliée par le rayon de la roue. La force de la route est la réaction de torsion égale et opposée provoquée par les freins, de sorte que le couple de freinage est égal en amplitude et opposé en direction au couple exercé par la route. Si la roue de la Jeep a un rayon de 0,25 mètre, le couple de freinage est égal à 8 000 N * 0,25 m, soit 2 000 Newton-mètres.
Les références
- "Cinématique et dynamique pour les machines"; Charles E. Wilson et J. Peter Sadler; 2003
Conseils
- Vous pouvez devenir confus avec le fait qu'il y a plusieurs roues, et le véhicule répartira une certaine quantité de poids sur chacune. Cependant, le couple total ne dépend toujours que de la quantité de force horizontale requise pour arrêter le véhicule. S'il y a à la fois des plaquettes de frein avant et arrière et que vous souhaitez connaître le couple exercé par chaque jeu, vous pouvez estimer que chaque jeu contribue à la moitié du couple total.
A propos de l'auteur
Basé dans la région métropolitaine de Cleveland, dans l'Ohio, Brad Painting écrit sur des sujets liés à la santé, à la technologie et à l'environnement. Son expérience comprend la rédaction de matériel de formation, de plans de gestion et de divers articles indépendants. Peinture a obtenu un baccalauréat ès sciences en génie mécanique de l'Université de l'Ohio et se spécialise dans la conception de bâtiments écologiques.