Evaluation des compétences P8 - Activité supplémentaire

S’approprier Prof A B C D

TransferT d’énergie CONSOMMATİON D'UNE VOİTURE

Elève a b c d

Analyser Prof A B C D

Elève a b c d

Réaliser Prof A B C D

Elève a b c d

Valider Prof A B C D

Elève a b c d

Communiquer Prof A B C D

Elève a b c d

Comme nous venons de le voir, on peut évaluer l’effet d’une force sur la variation d’énergie d’un système grâce à

son travail. On se propose ici d’utiliser cet outil pour évaluer la consommation d’une voiture .

Vous disposez des documents 1 à 4 pour répondre aux questions suivantes : Q1) Quel est le travail du poids et de la réaction verticale du sol lors d’un déplacement horizontal ? Quel effet ces forces ont-elles sur le mouvement ?

Q2) En vous aidant d’un bilan d’énergie, calculer le travail de la force motrice F⃗ lors du passage de 0 à 50km.h-1 dans le cas où les forces de frottement sont négligeables. En déduire la consommation d’essence (puis de gazole) nécessaire au démarrage.

Q3) Au-delà de 50km.h-1 , les forces de frottement ne sont plus négligeables. En vous aidant d’un bilan d’énergie,

calculer le travail de la force motrice F⃗ lors d’un déplacement de 1,0km effectué à une vitesse constante de 100km.h-1. Calculer la consommation correspondante.

Données concernant la force de frottement : C = 108 J.m-1 ; B = 0,328 J.m-3.s2

Q4) Par combien est multipliée cette consommation si ce même déplacement est effectué à 130km.h-1 ?

Q5) Conclusion : comment peut-on diminuer la consommation d’une voiture lors des trajets effectués au quotidien ?

Compétences travaillées : Savoir analyser et exploiter des documents

Mettre en œuvre un raisonnement

iDocument 4i

Travail d’une force F⃗ sur un déplacement entre deux points A et B : WAB(F⃗ ) = F⃗ . AB⃗⃗⃗⃗ ⃗ = F.AB.cos (F⃗ ,AB⃗⃗⃗⃗ ⃗)

Si W > 0 alors la force est motrice ; Si W < 0 alors la force est résistante

CORRECTION Q1) Ces deux forces sont perpendiculaires au déplacement donc leur travail est nul => pas d’effet sur le déplacement

Q2)

Dans ce cas, le seul effet de la force motrice est de modifier l’Ec de la voiture, donc : WAB(F⃗ ) = ΔEc = ½ .m.v2 - 0

AN : WAB(F⃗ ) = ½. 1,0.103.(50/3,6)2 = 9,6.104 J

Consommation V de gazole correspondante :

Travail de F⃗ pour 1L : W = 0,28*3,6.107 = 1,0.107 J => Vgazole = 9,6.104 /1,0.107 = 9,6.10-3 L

De même pour l’essence : Vessence = 9,6.104/(0,23*3,2.107) = 1,3.10-2 L

Q3)

Bilan énergétique : l’énergie mécanique du système ne varie pas donc les travaux des forces F⃗ et F⃗ f se compensent

<=> WAB(F⃗ ) + WAB(F⃗ f) = 0 (ou : MRU donc F⃗ + F⃗ f = 0⃗ soit WAB(F⃗ ) + WAB(F⃗ f) = 0 )

<=> WAB(F⃗ ) = - WAB(F⃗ f)

<=> WAB(F⃗ ) = - Ff.AB.cos(180)

AN : WAB(F⃗ f) = - [ 108 +0,328*(100/3,6)2 ]*1,0.103*(-1) = 3,6.105 J

Consommation correspondante : V100gazole = 3,6.105 /(0,28*3,6.107) = 3,6.10-2 L

V100essence = 3,6.105 /(0,23*3,2.107) = 4,9.10-2 L

Q4)

De même : WAB(F⃗ f) = - [ 108 +0,328*(130/3,6)2 ]*1,0.103*(-1) = 5,4.105 J Sachant que 5,4.105/3,6.105= 1,5 alors la consommation augmente de 50% lorsque la vitesse augmente de 30%

Q5)

La consommation d’une voiture est liée au travail de la force motrice, au rendement du moteur et à l’état des pneux

- le rendement dépend de la technologie et du carburant utilisé (meilleur rendement avec le diesel)

- le travail de la force motrice doit compenser le travail de la résistance de l’air et celui-ci est fonction de la vitesse

(en v2) de la voiture et de l’état des pneux

=> on peut diminuer la consommation en vérifiant que les pneux sont bien gonglés et surtout en évitant de rouler

vite lorsque ça n’est pas nécessaire car la consommation augmente plus vite que la vitesse.