Calcul d'un choc

[Drax75]

Bonjour,

Je me tourne vers vous car je suis un peu perdu !

En effet, j'aimerais utiliser un capteur de chocs capacitif ou piezo afin de mesurer la force en g d'un impacte d'un colis avec le sol.
Il y a beaucoup de capteurs différents sur le marché donc j'aimerais estimer le bon ordre de grandeur avant d'acheter.

Soit un colis en bois d'une tonne qui tombe d'une hauteur de 30cm sur un sol en béton.
Je suppose que les frottements de l'air sont négligeables.
Je calcul la vitesse de mon colis v=sqrt(2*g*h)=2.426 m/s soit 8.74 km/h
Puis l'énergie cinétique Ec=(m*v^2)/2=(10^3*2.426^2)/2=2943 N*m
Or Ec=F*d avec F la force de l'impacte sur le sol en béton et d la déformation de mon colis
Donc F=Ec/d
Puis comme F=m*a je peut en déduire l'accélération a (ou plutôt la décélération).

Le truc c'est que je ne connais pas la déformation de mon colis lorsqu'il frappe le sol !
Comment je peux en déduire la force en kg*m/s^2 puis l'accélération en g sans la donnée d ??

Merci !
-----

[Dynamix]

Salut

Comment je peux en déduire la force en kg*m/s^2 puis l'accélération en g sans la donnée d ??

La réponse est simple : tu ne peux pas .

[LPFR]

Bonjour.
Soit votre colis est infiniment rigide, et il fera un trou dans le béton, soit il est un peu « mou » et les différentes parties du colis subiront des décélérations différentes.
Pour avoir un ordre de grandeur de l’accélération et des forces, il faudrait mesurer la durée du choc. Ce n’est pas facile.
Au revoir.

[Drax75]

Merci de m'avoir répondu rapidement ça fait plaisir !

Dynamix : cela est bien embêtant. L'idée était de faire un peu de théorie afin de choisir le capteur le plus adapté.
Y a-t-il un moyen pour calculer théoriquement ou déterminer expérimentalement la déformation ?
Je viens de tomber sur un autre topic du forum et le problème rencontré est toujours le même : cette fameuse déformation ou enfoncement à l'impacte.

LPFR : mon colis est en bois et le sol en béton donc je suppose que c'est le sol en béton qui est infiniment rigide et donc le colis qui se déforme.
Je souhaite un ordre de grandeur des décélérations subies donc j'assimile mon colis à un point.
Pour la mesure du temps du choc un autre membre du forum avait donné une approximation a savoir que c'est le temps que met une onde mécanique (ici sonore) à faire un aller-retour dans le solide.
La célérité du son dans le bois est de environ 3300 m/s donc si l'épaisseur de mon colis est de 5 cm j'en déduis la durée du choc dt=(2*5*10^-2)/3300=0.28*10^-4 s soit environ 0.028 ms, cela me semble très faible comme temps !

Merci !

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

La plupart des smartphones contiennent des accéléromètres et des applications capables d'enregistrer les données de ces accéléromètres. Le plus simple est de "scotcher" un smartphone sur votre colis et de le laisser tomber.

[coussin]

Pour des ordres de grandeur, quand je laisse tomber mon smartphone sur mon lit j'atteins environ 5g lors du "choc".

[LPFR]

Re.
Votre calcul sur le temps du choc pour une épaisseur de 5 cm de bois est correct. À condition que rien n’amortisse le choc. Par exemple, si vous prenez une planche, l’air entre la planche et le béton amortira le choc. Par contre, une tige de 5 mm de diamètre sera peu amortie et vérifiera votre calcul.

L’idée du smartphone est excellente. Vous pouvez installer Physics toolbox suite.
Gratuite.
A+

[Drax75]

Bonjour

J'avais pensé à une application mais celle que j'avais téléchargé n'était pas qualitative. J'ai essayé Physics toolbox suite qui est bien mieux !

Mon raisonnement a été dans un premier temps de mesurer grossièrement l'accélération en g d'une chute de mon portable pour en déduire un ordre de grandeur de la déformation.
J'ai donc mis mon portable dans une protection en caoutchouc (plutôt dure) et je l'ai laissé tomber à plat écran vers le haut d'une hauteur de 20 cm.
L'accéléromètre a sa position d'équilibre sur 1g (normal) et quand je lâche mon portable j'obtiens une variation de 1g (ma courbe fait un "pic négatif" entre 1 et 0g).
J'ai donc a=1 g=F/m. Mon objet fait 190 grammes donc F=m*a=9.81*190*10^-3=3.7278 N
Energie cinétique Ec=F*déformation donc déformation=Ec/F=m*g*h/F=190*10^-3*9.81*20*10^-2/3.7278=0.2 m !!!
Donc la coque de mon téléphone se déforme de 20cm ....

Du coup je me suis dit que l'air absorbe de l'énergie donc j'ai fais tomber mon portable sur une tranche et j'obtiens 2g donc une déformation de 10cm ...

Sur quel point mon raisonnement fait-il défaut ?
Merci !

Edit :
en fait après simplification des calculs on a d=h/nb_de_g
correction de fautes d'orthographe

[LPFR]

Bonjour.
Il est temps que vous changiez les piles de votre calculette :
F=m*a=9.81*190*10^-3=3.7278 N
Quand on fait les calculs correctement, on trouve 1,86 N, qui est le poids de votre téléphone.
Il faudrait aussi que vous réfléchissiez un peu.
Appliquer n’importe quelle formule pour calculer la déformation de votre téléphone quand vous le lâchez est absurde. Il ne se déforme pas.

Il se déformera quand il s’écrasera contre le béton. Et là ce ne sera pas une accélération de -1 g que vous obtiendrez, mais quelques dizaines ou centaines de ‘+g’.
Au revoir.

[Drax75]

D'ailleurs c'est bizarre parce que si on a d=h/nb_de_g ça veut dire que plus nb_de_g est élevé plus la déformation est faible, ce qui est totalement illogique ... :/

[Drax75]

Dsl j'ai mal recopié mon calcul les 3.72 N c'est pour 2g et donc d=0.2 m.
Pour 1g là j'ai F=1.86N

Je pensais aussi que tout objet se déforme même pour une chute de 20cm (sinon force infini ...). Je m'attendais à avoir une distance de freinage de l'ordre du mm voir moins.
J'aimerais éviter de faire écraser mon téléphone sur du béton, j'y tiens quand même.

Je fais cette partie théorique pour expliquer dans mon rapport vers quelle étendue de mesure de capteurs m'orienter et pas dire "les autres utilisent ça donc je prends ça aussi".
Mais je pense qu'au final je vais devoir en acheter plusieurs et choisir expérimentalement le plus adapté.

[fregoli]

Bonjour,

d'après les formules:
V² = 2*g*h,
Ec = 1/2 m*V² = m*g*h (normal: variation de l'énergie potentielle entre h et 0 est égale à la variation d'énergie cinétique entre 0 et v)
d'où Ec = F*d = m*A*d = m*g*h,
donc A = g*h/d

Quelque soit la masse du colis, l'accélération au moment du choix est donc (en g) égale à h/d.

d est donc LA valeur à estimer. Si on suppose une caisse qui tombe d'un mètre et se déforme d'un cm, alors A = 100g ...

[Dynamix]

Si on suppose une caisse qui tombe d'un mètre et se déforme d'un cm, alors A = 100g ...

En supposant l' accélération constante , mais c' est loin d' être le cas .

[Drax75]

Bonjour,

fergoli : tu calculs l'accélération en fonction de la hauteur et la déformation. d est la valeur à estimer mais moi je pensais que l'on pouvait déterminer d en mesurant expérimentalement l'accélération a car une égalité mathématique se lit dans les deux sens.

Merci de votre aide

[LPFR]

Bonjour,

fergoli : tu calculs l'accélération en fonction de la hauteur et la déformation. d est la valeur à estimer mais moi je pensais que l'on pouvait déterminer d en mesurant expérimentalement l'accélération a car une égalité mathématique se lit dans les deux sens.

Merci de votre aide

Bonjour.
C'est bien cela que l'on vous a proposé de faire avec un smartphone.
Mais il faut relever l'accélération au moment du choc. Pas au moment où vous lâchez le paquet.
Au revoir

[fregoli]

Bonjour,
après un bon week end de repos.
??? je ne comprends pas ta remarque???
Comme tu le dis toi même, si tu calcule A en fonction de B avec une fonction facilement inversible, alors tu peux obtenir B en fonction de A
Si A = h/d alors d = h/A, donc si H = 1m et A=3g, alors d=1/3 soit 33cm.

Mais je pense qu'en réalité, l'énergie cinétique acquise lors du choc n'est pas uniquement dissipée par une accélération et une déformation. Je pense qu'il y a aussi dissipation thermique, mais surtout dissipation par onde sonore, autrement dit le barouf causé par le choc, qui se propage dans l'air et dans le sol.
Quant à estimer ce pourcentage d'énergie dissipée comme cela, c'est une autre histoire.
Admettons toutefois que 80% de l'énergie du choc disparaît de ces différentes manières, on obtiendrait le même ratio et d = 33/5 cm=6.6 cm pour A = 3g.

Bon courage...

[LPFR]

...
Mais je pense qu'en réalité, l'énergie cinétique acquise lors du choc n'est pas uniquement dissipée par une accélération et une déformation. Je pense qu'il y a aussi dissipation thermique, mais surtout dissipation par onde sonore, autrement dit le barouf causé par le choc, qui se propage dans l'air et dans le sol.
Quant à estimer ce pourcentage d'énergie dissipée comme cela, c'est une autre histoire.
...

Re.
Que l’énergie soit dissipée sous forme thermique ou sonore (négligeable à mon avis), la force et l’accélération, seront les mêmes que dans un choc élastique.
Donc, le calcul reste valable à condition de supposer l'accélération pendant le choc constante (voir post #13).
A+

[Jaunin]

Bonjour,
Malheureusement ce n'est qu'un début d'information.
Cordialement.
Jaunin__

https://books.google.ch/books?id=5Ld...uville&f=false

https://books.google.ch/books?id=fsy...allage&f=false

http://docinsa.insa-lyon.fr/polycop/...d=104733&id2=1

[Drax75]

Bonjour,

Je reviens vers vous pour vous dire comment mon problème a avancé.

J'ai pu obtenir un accéléromètre piezo qui me donne plusieurs centaines de g lorsque je le lache sur une table (rigide donc), contrairement à mon portable qui me donnait des valeurs de l'ordre de la dizaine de g. Je pense que c'est dû au capteur intégré au portable qui ne doit pas être de bonne qualité contrairement au piezo.

Du coup je vais fixer le piezo sur les palettes que l'on utilise pour le transport pour faire des test.

Merci encore pour votre aide.
Drax75

[Dynamix]

Du coup je vais fixer le piezo sur les palettes que l'on utilise pour le transport pour faire des test.

Suivant l' endroit ou tu fixe ton accéléromètre , tu as des valeurs différentes .
Il faut choisir le bon endroit en fonction du problème posé .

[LPFR]

Bonjour.
Absolument. J’ai vu (il y a 30 ans) des enregistrements faits par le « Cadre Noir », des accéléromètres posées sur la selle d’un cheval, avec des pics à 100 g.

Et la différence entre l’accéléromètre et la lecture du smartphone provient sûrement de la même erreur.
Fixez l’accéléromètre sur le smarphone, et faites la même mesure.
Au revoir.

[Jaunin]

Bonjour,
Attention à la longueur du câble du piezo il peut provoquer des erreurs.
Cordialement.
Jaunin__

[Drax75]

Bonjour,

Je vous joint un pièce jointe des schémas de mon montage avec une vue de devant et une vue du dessus (montage déjà réalisé).

Je voudrais ajouter un système (non réalisé encore) qui me permettrai de faire tomber ma planche droite sur le sol évitant ainsi les chutes de biais.
L'idée est de percer deux trous pour faire chuter la planche suivant deux tubes (schéma 3) sans frottements (le diamètre des trous étant légèrements plus grand que celui des tubes). Je me demande juste si percer des trous influe sur les mesures ?

Merci

Suivant l' endroit ou tu fixe ton accéléromètre , tu as des valeurs différentes .
Il faut choisir le bon endroit en fonction du problème posé .

J'ai décidé de mettre mon accéléromètre au milieu de mon montage (voir schéma)

Et la différence entre l’accéléromètre et la lecture du smartphone provient sûrement de la même erreur.
Fixez l’accéléromètre sur le smarphone, et faites la même mesure.

Je n'ai pas compris l'erreur dont vous parlez :/

Bonjour,
Attention à la longueur du câble du piezo il peut provoquer des erreurs.
Cordialement.
Jaunin__

Vous voulez dire qu'il peut provoquer une erreur s'il est trop court car en retenant la chute il influe sur la valeur mesurée ?
J'ai prévu de laisser pas mal de mou.

Pièce jointe supprimée

[Jaunin]

Bonjour,
Surtout pas trop court mais pas trop long.
En tout cas, dans les années 70 avec le matériel dont on disposait le résultat changeais avec la longueur du câble, comme il bougeait avec l'accéléromètre il perturbait les mesure.
Nos testes étaient sur des chocs à 120'000 g.
Cordialement.
Jaunin__

Pour informations :
http://www.usersmeeting.ch/fileadmin...des_montre.pdf

[Dynamix]

J'ai décidé de mettre mon accéléromètre au milieu de mon montage (voir schéma)

Pourquoi ?
Quel est le but de ta recherche ?
Vérifier que la palette résiste au choc ?
Ou que le carton résiste au choc ?

[JPL]

Les schémas doivent être postés dans un format graphique (gif, png, jpg). Merci.

[Drax75]

Bonjour,

Dsl je repost le schéma au bon format.

[LPFR]

Bonjour.
La question de Dynamix est fondamentale.
Qu’avez-vous à faire de l’accélération de la palette ?
Ce n’est même pas celle du colis, mais celle de l’objet à l’intérieur du colis qui compte. C’est donc sur l’objet qui faut coller l’accéléromètre.
Au revoir.

[Drax75]

Bonjour,

C'est bien l'objet à l’intérieur du colis qui dois être protégé. Or il m'est impossible de fixer l'accéléromètre sur ce dernier.
L'idée est donc de fixer le capteur sur le fond du colis au plus proche de l'objet. Or faire tomber une très lourde boîte en bois de 1m^3 à différentes hauteurs n'est pas vraiment aisé pour 3 ou 4 personnes (très difficile à soulever pour 2 personnes, impossible tout seul).
Du coup, comme le colis reposera sur une palette en bois elle aussi, j'avais pensé au schéma ci-dessus, qui a le mérite d'être plus simple à réaliser.
J'ai déjà réalisé l’expérience de la palette et j'obtient des résultats intéressants. Cependant, même avec un système simple à mettre en oeuvre, il m'est difficile de faire tomber cette palette parfaitement droite, ce qui fausse mes mesures.

Cordialement Drax75

[LPFR]

Bonjour.
Si vous ne pouvez pas fixer le capteur sur l’objet à l’intérieur, votre mesure ne servira à presque rien.
Vous pourrez conclure que l’accélération d l’objet ne dépasse pas celle mesurée par le capteur. Mais, en général, entre la caisse externe et l’objet il y a du matériel qui amortit les chocs.

La manip en soulevant avec deux ou trois personnes est dangereuse pour les orteils et pas très reproductible (les gens ne lâchent pas en même temps). Il faut soulever le colis avec une seule corde et une poulie (ou mieux, un palan) accroché en haut et lâcher la corde.
Au revoir.