T Mise en situation But de l`étude Hypothèses Travail demandé

Etude de cas
Tale
Conservation d’énergie, pertes et rendements, principe de réversibilité
Natures et caractéristiques des sources et des charges
Cycliste montant le plateau de Beille
CI3.1 Approche fonctionnelle
CI5.1Caractérisation
Caractérisation flux
CI5.1
flux d’énergie
d’énergie
CI3.2 Outil de représentation
CI5.2 Solutions constructives chaine d’énergie
CI1.1 Contraintes environnementale
CI1.2Efficacité
Efficacité énergétique
CI1.2
énergétique
CI3.3 Modélisation
CI6.1 Caractérisation des infos et signaux
CI1.3 Eco-conception éco-construction
CI4.1 Caractérisation matériaux et structures
CI2.0 Compétitivité Innovation technologique
CI4.2 Solutions constructives matériaux et structures
CI6.2 2 Solutions constructives chaine d’infos
CI7.0 Performance et critère d’optimisation
Mise en situation
On connait la puissance
moyenne
d’un
cycliste
professionnel de haut niveau
qui gravit une pente lors du
Tour de France, par une
mesure à l’aide d’un capteur.
On
souhaite
retrouver
analytiquement (par un calcul)
cette valeur de puissance.
But de l’étude
On désire informer les cyclotouristes de leur dépense énergétique durant une montée longue de 15,8 km ainsi
que leur puissance moyenne lors de cet effort.
Hypothèses
La vitesse du cycliste est considérée constante.
Masse étalon du cycliste avec le vélo : 78,0 kg.
L’empattement du vélo est de 970 mm et la hauteur du centre de gravité est évaluée à 800 mm.
Le problème est plan ((B, x, y).
La répartition (AV / AR) du poids est considéré à 50% / 50% (roue AVant et roue ARrière).
Source : http://www.piednoir.com/3.10.Poids,%20masse%20et%20inertie.pdf
Durée de l’ascension du cycliste professionnel (Tour de France 2007) : 44mn17s
Travail demandé
Etude préliminaire
Q1 Vérifier que l’angle de la pente est de 5° en
donnant 2 chiffres après la virgule.
Q2 Vérifier que la pente moyenne est de 8% en
donnant 2 chiffres après la virgule.
Q3 Vérifier que la vitesse moyenne est de 21 km/h
en donnant 2 chiffres après la virgule et calculer
cette vitesse en m/s.
Q4 Vérifier que la vitesse ascensionnelle est de
0.5 m/s en donnant 3 chiffres après la virgule.
1er modèle d’étude
On donne sur le dessin ci-contre, pour l’ensemble « cycliste
avec son vélo » isolé, les actions mécaniques qui agissent
sur cet ensemble. On donne TB = 60.78N.
Q5 Calculer la puissance moyenne par la méthode
de votre choix avec 3 chiffres significatif.
15,8 km
Angle
G
NA
NB
v
u
A
P
B
α
TB
Q6 Calculer l’énergie dépensée par le cycliste lors de l’ascension.
Activite-CyclistePlateauBeille.doc
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Q7 A l’aide de la photo ci-contre, calculer la
correspondance entre les calories et les joules.
Q8 Calculer la dépense énergétique du cycliste en calories.
Q9 Calculer la masse de barre de céréales nécessaire à combler cette
dépense énergétique.
Capteur de puissance
On donne un exemple de résultat du fichier SRM
de Chris Anker Sorensen lors du Tour de France
2010.
http://home.trainingpeaks.com/races/2010-tour-defrance-srm-power-filesteam-saxo-bank/stage-17.aspx
Q10 Faire une recherche sur Internet pour
décrire le fonctionnement de la mesure de
puissance d’un cycliste (types de capteur
disponible sur le marché, fonctionnement,
type de transmission, coût, conditions
d’utilisation, précision….).
2ème modèle d’étude
La puissance moyenne développée par Alberto
CONTADOR pour effectuer la montée du plateau de Beille a été mesurée à 430 W pour le tour de France
2007.
Sources : http://www.climbbybike.com/fr/ascension.asp?Col=Plateau-de-Beille&qryMountainID=7051
http://www.cyclismag.com/article.php?sid=3466
Q11 La première étude n’apporte pas ce résultat, écrire de nouvelles hypothèses pour prendre
en compte davantage de critères.
Q12 Consulter le site http://fontanilcyclisme.phpnet.org/puissance/puissance.php et faire une
simulation pour notre problème.
Q13 Produire un document A4 avec Excel pour une lecture aisée de la puissance en fonction
de la pente (en %), de la vitesse (en km/h) pour une masse étalon (cycliste +vélo) de 78kg.
Q14 Produire un document A4 avec Excel pour une lecture aisée de l’énergie dépensée en
fonction de la pente (en %), de la vitesse (en km/h) et du temps pour une masse étalon (cycliste
+vélo) de 78kg.
Vous pouvez consulter les sites suivant pour répondre à la question.
Sources : http://www.climbbybike.com/fr/ascension.asp?Col=Plateau-de-Beille&qryMountainID=7051
http://www.cyclismag.com/article.php?sid=3466
Logiciel de statique : http://lsim.free.fr/statique/statique.htm
Aller plus loin : http://www.cyclismag.com/article.php?sid=6000
http://fontanilcyclisme.phpnet.org/puissance/puissance.php
http://leplat.quentin.over-blog.com/categorie-11988097.html
http://leplat.quentin.over-blog.com/article-schleck-contador-440-watt-dans-le-tourmalet-54318124.html
Termes techniques d’un vélo :
http://www.nutri-cycles.com/dossier-materiel-et-cycles-les-composants-d-un-velo-de-route-3-385.html
http://www.specialized.com/fr/fr/bikes/road/tarmac/sworkstarmacsl4red#geometry
Les matériaux d’un vélo :
http://www.nutri-cycles.com/dossier-materiel-et-cycles-4-materiaux-utilises-pour-les-cadres-de-velo-3372.html
Activite-CyclistePlateauBeille.doc
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