Adherence et freinage

deuxième
niveau
e
3
Sciences physiques
Adhérence, freinage
Ce que l’élève doit retenir
◆ La distance d’arrêt d’un
véhicule est la somme :
• de la distance parcourue
pendant le temps de réaction du conducteur,
• de la distance de freinage
(ou distance parcourue par
le véhicule depuis l’action
sur le frein jusqu’à son arrêt
total).
Le temps de réaction correspond à la durée de transmission de l’influx nerveux. La
durée moyenne du temps de
réaction est de 1 à 2 secondes.
◆ Quels sont les facteurs qui
influent sur :
• la distance parcourue pendant le temps de réaction,
• la distance de freinage,
• la distance d’arrêt.
◆ Quelles sont les vitesses
maximales autorisées par
type de réseau.
Objectif disciplinaire
Rôle du frottement et adhérence dans
le freinage.
Le système de freinage est très important
pour la sécurité sur la route. Cependant,
la distance de freinage ne dépend pas
seulement du bon fonctionnement des
freins, elle dépend aussi de l’état des
pneumatiques et du revêtement routier.
Objectifs sécurité routière
Savoir que la distance d’arrêt dépend
de plusieurs facteurs indépendants :
– certains liés au temps de réaction du
conducteur (aspect physiologique),
– certains liés à la vitesse du véhicule,
– certains liés à la nature des surfaces
de contact (pneumatiques, route).
Savoir que les pneumatiques doivent
être en bon état et correctement gonflés.
Expérience :
Un bloc de bois recouvert de caoutchouc
(représentant un pneu) est posé sur un
support horizontal. À l’aide d’un dynamomètre on mesure la force nécessaire pour
mettre le bloc en mouvement.
Dynamomètre
Bloc de bois
Caoutchouc
Support
1. Pour déplacer le bloc, à partir du
repos, la force exercée par le dynamomètre doit dépasser une valeur limite qui
correspond à la force d’adhérence du
système (bloc/sol) au repos.
Remarque : pour maintenir le bloc en
mouvement uniforme il faut encore exercer une force, opposée à la force de frottement, mais plus faible que celle qui
correspond au “décollage”.
2. On augmente la masse du bloc, en le
chargeant avec des masses marquées.
On constate que si la masse de l’objet
augmente, c'est-à-dire si le poids augmente (puisque P = m.g) la force d’adhérence augmente aussi.
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3. On modifie la nature des supports
pour simuler divers revêtements routiers.
On observe que l’adhérence est plus
importante sur une planche recouverte
de papier de verre (correspondant à un
revêtement rugueux) que sur une
planche polie (route lisse).
L’adhérence est très diminuée sur une
planche recouverte de sable (gravillons
sur la route) ou sur une planche mouillée
(route mouillée).
Enfin les frottements sont quasiment
inexistants sur une planche recouverte
d’un lubrifiant (plaque d’huile sur la
route).
la sécurité routière dans les disciplines au collège
deuxième
niveau
e
3
La distance d’arrêt (Da) d’un véhicule est la somme :
■ de la distance (Dr) parcourue pendant le temps de réaction (Tr). Celui-ci correspond à la durée entre l’instant où
le conducteur réalise qu’il est face à un obstacle et le
moment où il commence à freiner. En moyenne, cette
durée est estimée entre une et deux secondes.
On a Dr = V x Tr.
Ainsi, la distance parcourue augmente lorsque :
– la vitesse augmente (rôle de V),
– le conducteur a consommé de l’alcool (rôle de Tr),
– le conducteur est fatigué (rôle de Tr),
– le conducteur a pris certains médicaments (rôle de Tr),
– le conducteur ne regarde pas la route ou le véhicule qui
le précède (rôle de Tr).
■ ET de la distance parcourue pendant le freinage (Df).
Celle-ci dépend :
– de la vitesse initiale (au début du freinage),
– de la qualité du système de freinage,
Exercice d’application
Dr dépend
vrai
faux
– de la façon de freiner (il faut éviter de bloquer les roues
avec un freinage trop violent),
– du coefficient d’adhérence, lui-même dépendant :
• du type de chaussée,
• de l’état des pneumatiques.
D’une façon générale, on a Da = Dr + Df
Par temps de pluie il existe un danger particulier supplémentaire : l’aquaplanage. L’adhérence devient alors
presque nulle et le véhicule glisse lorsque les freins sont
en action. Pour éviter le phénomène d’aquaplanage, il
existe des revêtements drainants qui évitent la formation
d’une pellicule d’eau sur la route.
Les pneumatiques ont des rainures (dont la profondeur
minimale doit être de 1,6 mm) afin de chasser l’eau qui se
trouve “coincée” entre la roue et la route.
Df dépend
vrai
Da dépend
faux
vrai
faux
De la vitesse
De l’état de la route
De l’état des pneumatiques
Des conditions climatiques
Du temps de réaction
Du système de freinage
De la masse du véhicule
Freinage : la distance incompressible
a distance de freinage
est une notion capitale
en matière de sécurité
routière. Car sa longueur fait
la différence entre le choc et
l’arrêt sans dommage. Cette
distance présente la caractéristique d’être proportionnelle non pas à la vitesse ellemême mais au carré de celleci.
Quand la vitesse double, la distance parcourue entre le
moment où le conducteur
actionne la pédale de frein et
celui où le véhicule s’arrête est,
elle, multipliée par quatre. Il
s’agit là d’une « loi » de la physique à laquelle nul conducteur, aussi chevronné soit-il, ne
peut échapper. Autre donnée :
quelle que soit la vitesse, il
s’écoule environ une seconde
entre le moment où le conducteur voit le danger et celui où il
commence à freiner. On appel-
L
le ce temps, qui s’écoule entre
la perception (du cerveau) et
l’action immédiate, « temps de
réaction ». Durant ce laps de
temps, avant même que le freinage ne soit amorcé, le véhicule continue à rouler et ne ralentit pas. C’est l’addition de ces
deux distances, celle parcourue pendant le temps de réaction et celle du freinage proprement dit, qui permet de déterminer la distance d’arrêt d’un
véhicule. Une donnée que tout
conducteur doit avoir présente
à l’esprit. La voici éclairée par
quelques chiffres.
• À 50 km/h, il faut environ
26 mètres pour s’arrêter : le
véhicule parcourt près de
14 mètres durant le temps de
réaction puis environ 12 mètres
pendant la phase de freinage.
• À 90 km/h, le véhicule s’arrête
au bout de 65 mètres.
• À 130 km/h, il faut environ
120 mètres.
Il s’agit là de données calculées dans les meilleures conditions, c’est-à-dire sur une
chaussée sèche et horizontale,
avec un véhicule en parfait état
et un conducteur en forme. La
pluie (a fortiori la neige ou le
verglas), une défectuosité des
pneus, des suspensions, du
système de freinage… allongent ces distances. De même,
l’alcool, certains médicaments
ou la fatigue peuvent augmenter considérablement le temps
de réaction. Autant de raisons
qui démontrent clairement la
nécessité de respecter la distance de sécurité. Une priorité
d’ailleurs stipulée par le Code
de la route (article R.8) : « Le
conducteur […] doit laisser libre
une distance de sécurité suffisante pour pouvoir éviter une
collision en cas de ralentissement brusque ou d’arrêt subit
la sécurité routière dans les disciplines au collège
du véhicule qui le précède ».
L’apparition de l’ABS, un système qui évite le blocage des
roues, a fait croire – à tort – à
certains
automobilistes,
adeptes de la vitesse, qu’ils
pouvaient faire fi des lois de la
physique. Or, l’ABS a pour
avantage de permettre au
conducteur de conserver le
contrôle de son véhicule et
donc, de sa trajectoire lors du
freinage : les roues ne se bloquant pas continuent à diriger
le véhicule. Ce qui, au passage, a comme effet « pervers »
d’inciter le conducteur à freiner
plus tard. Pourtant, en aucun
cas, l’ABS ne réduit la distance
de freinage. Celle-ci dépend
indéfectiblement de la vitesse,
plus précisément du carré de la
vitesse. Tout comme la violence du choc, et avec elle la gravité des blessures.
Action Auto Moto no34
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