Optimiser une caisse à savon

[simbis]

bonjour,
une caisse à savon est une petite voiture de course sans moteur qui s'utilise en course de descente chronométrée. Le sol est evidemment inégal , en pente variable, il y a des virages , et la vitesse moyenne de descente est de l'ordre de 30 à 40 km/h. La masse actuelle voiture plus pilote (ma petite fille!) est de 90 kg
je m'interroge sur l'opportunité de lester cette voiture pour obtenir de meilleures performances.
Les avis sont partagés mais je ne vois guère d'avis scientifique ou argumenté.
Je fais un rapide bilan des forces en jeu:
-le poids de la caisse plus pilote
-la réaction du sol
-les forces de frottement mécanique des pneus, roulements (j'imagine qu'elles sont proportionnelles à la vitesse )
-force de résitance aérodynamique (elle doit être proportionnelle au carré de la vitesse)

pouvez vous m'aider à sur les points suivants:

y a t il d'autres forces significatives en jeu?

si j'augmente la masse jusqu'au maximum autorisé (130 kg) les resistances de frottement augmenteront elles dans la même proportion que la composante horizontale qui tend a faire avancer le véhicule.

merci d'avance de vos avis

[Jackyzgood]

Les frottement fluides, sont proportionnel a la vitesse, les forces de frottement mécaniques elles sont constante par rapport a la vitesse.

En toute logique si l'ajout de poids ne change ni la forme si la surface de la voiture, les frottements fluides seront les même mais les frottement mecanique augmenteront.

[Meumeul]

Bonjour,

je crois que toutes les forces importantes sont la.

Si les roulements sont de bonne qualite (roulement a bille), je pense que l'augmentation des frottements est negligeable. Par contre, la pente etant faible (j'ose esperer pour la survie de votre petite fille que la pente n'est pas de 45°), je ne suis pas convaincu que l'augmentation de masse apporte vraiment... de plus, il faut faire attention de garder de la « manoeuvrabilite » pour les courbes

[David7578]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse.

Frottements mécaniques, proportionnels à la vitesse, mais effectivement au poids aussi...
via les pneus.

Augmenter le poids, va donc augmenter le potentiel d'accélération en pente, mais il faudra ensuite bien gérer la difficulté de gérer l'adhérence différente, la répartition avant/arrière des masses, le freinage etc...

C'est en fait assez compliqué, puisqu'on travaille dans des domaines poids/vitesse très différents de l'automobile.
C'est aussi très différent du cyclisme à cause de la compacité de la caisse à savon et de sa meilleure stabilité (au moins 3 roues, plus souvent 4)

A votre niveau, il faudrait pouvoir commencer par une pente de référence ou vous auriez la possibilité de mesurer la différence d'accélération apportée par une masse suplémentaire.
Ensuite comparer avec différentes pressions de pneus, voir pouvoir changer de pneus.

une fois que vous avez établi ces essais, il faudrait aussi pouvoir comparer la manoeuvrabilité en courbe. l'idéal serait un courbe très large... pour pouvoir faire exprès de passer bien à l'interieur et tenter de déterminer le moment ou la caisse à savon tire tout droit.

etc...

[Jackyzgood]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse....

Pourtant les frottemens fluides sont toujours de la forme :
F=kv, non ??

[simbis]

Les frottement fluides, sont proportionnel a la vitesse, les forces de frottement mécaniques elles sont constante par rapport a la vitesse.

En toute logique si l'ajout de poids ne change ni la forme si la surface de la voiture, les frottements fluides seront les même mais les frottement mecanique augmenteront.

si je suis votre raisonnement il y aura un gain en vitesse sur la fraction frottement fluide? celle qui corespond a la lubrification des roulement peut être. le frottement des pneus resterait constant (au bémol de leur écrasement qui est très faible : gonflage à 5 kg/cm2)

[simbis]

Frottement aéro proportionnel au caré de la vitesse.

Frottements mécaniques, proportionnels à la vitesse, mais effectivement au poids aussi...
via les pneus.

Augmenter le poids, va donc augmenter le potentiel d'accélération en pente, mais il faudra ensuite bien gérer la difficulté de gérer l'adhérence différente, la répartition avant/arrière des masses, le freinage etc...

C'est en fait assez compliqué, puisqu'on travaille dans des domaines poids/vitesse très différents de l'automobile.
C'est aussi très différent du cyclisme à cause de la compacité de la caisse à savon et de sa meilleure stabilité (au moins 3 roues, plus souvent 4)

A votre niveau, il faudrait pouvoir commencer par une pente de référence ou vous auriez la possibilité de mesurer la différence d'accélération apportée par une masse suplémentaire.
Ensuite comparer avec différentes pressions de pneus, voir pouvoir changer de pneus.

une fois que vous avez établi ces essais, il faudrait aussi pouvoir comparer la manoeuvrabilité en courbe. l'idéal serait un courbe très large... pour pouvoir faire exprès de passer bien à l'interieur et tenter de déterminer le moment ou la caisse à savon tire tout droit.

etc...

moi je trouve qu'on est assez proche de l'automobile: 100 kg, vitesse environ à 60 km/h
Je fixe certains paramètres: pression des pneus constante à 5 kg/cm2 charge au centre de gravité pour rechercher un comportement neutre en courbe.
Bien sur la méthode expérimentale est excellente encore faut il disposer d'un circuit d'essai privé (la caisse a savon est hors la loi dans nos cités) mais j'aurais aimé isoler chaque paramètre et c'est assez compliqué....
PS pour vous rassurer la caisse a 4 roues ,des freins indépendants très puissants , un arceau de sécurité et un harnais solide. Ma fille ne conduit qu'avec une combianaison intégrale , un casque intégral et une minerve...

[simbis]

Pourtant les frottemens fluides sont toujours de la forme :
F=kv, non ??

en aérodynamique, en régime d'écoulement turbulent (on y est en plein..) la résitance à l'avancement est proportionnelle au carré de la vitesse.
pour le reste je suis beaucoup moins sur de moi...

[Jackyzgood]

En fait j'ai trouvé ca :

-pour des vitesses V "faibles", les frottements fluides sont proportionnels à V
-pour des vitesses "plus élevées", ils sont proportionnels à V1,4
-enfin, pour des vitesses "très importantes", les frottements fluides sont proportionnels à V2

sur :

http://culturesciencesphysique.ens-l..._class/MecaFlu

[simbis]

En fait j'ai trouvé ca :

-pour des vitesses V "faibles", les frottements fluides sont proportionnels à V
-pour des vitesses "plus élevées", ils sont proportionnels à V1,4
-enfin, pour des vitesses "très importantes", les frottements fluides sont proportionnels à V2

sur :

http://culturesciencesphysique.ens-l..._class/MecaFlu

je n'ai pas de souci coté aerodynamique (je me pencherai dessus dans un deuxième temps), le nombre de Reynolds est supérieur à 2400 dès que la caisse a fait quelques mètres.
Ce qui me tracasse c'est la partie mécanique, et ma question demeure : a t on intérêt à lester le véhicule pour aller plus vite, toute considération de tenue de route mise a part?

[chwebij]

une question: il ya til des virages dans le circuit?
car si la boite a savon est assez haute et qu'on leste un peu plus, ta petite fille ne verra sans doute pas le virage, par experience avec un cady et trois personnes al 'interieur, on a beau s'etre penchés, on a gouté au bitume.
en lestant tu augmentes l'inertie donc il faudra rabaisser la boite a savon pour baisser son centre d'inertie.

[simbis]

une question: il ya til des virages dans le circuit?
car si la boite a savon est assez haute et qu'on leste un peu plus, ta petite fille ne verra sans doute pas le virage, par experience avec un cady et trois personnes al 'interieur, on a beau s'etre penchés, on a gouté au bitume.
en lestant tu augmentes l'inertie donc il faudra rabaisser la boite a savon pour baisser son centre d'inertie.

ne vous inquiétez pas pour elle! elle pilote plutôt bien...
Le lest c'est des barres d'acier solidement fixées sur le plancher. J'ai réglé la garde au sol au minimum permis par le réglement c'est à dire 35 mm et tout le lest que j'ajouterai abaissera le centre de gravité.
Quant au circuit c'est evidemment une succession de virages vicieux avec des dévers et des bosses, heureusement les bords sont généreusements garnis de bottes de paille. Pour vous décrire le véhicule: imaginez plutôt une petite formule 1 qu'une caisse en planches disjointes. La différence entre les concurrents rapides et ceux qui sont lents se fait plus par le pilotage que par le matériel , mais les dernières secondes à "gratter" pour grapiller les places du podium sont dures à gagner.
je crains finalement d'être obligé de recourir a des tests sur une pente étalon pour valider les solutions....

[simbis]

PS en pièce jointe une Caisse à savon qui a une vague ressemblance avec celle de ma fille...

[David7578]

je crains finalement d'être obligé de recourir a des tests sur une pente étalon pour valider les solutions....

je pense que c'est ce qui est le plus accessible immédiatement.

je me doute que vous avez pu parcourir des fora sur le sujet, tant francophones qu'anglphones (et autres peut-être)

la composante projetée du poids sur la pente, est une force d'accélération bien utile, donc il est interressant de pouvoir s'approcher du poids maxi autorisé, s'il ne réduit pas les autres capacité du véhicule.

@+

[simbis]

je pense que c'est ce qui est le plus accessible immédiatement.

je me doute que vous avez pu parcourir des fora sur le sujet, tant francophones qu'anglphones (et autres peut-être)

la composante projetée du poids sur la pente, est une force d'accélération bien utile, donc il est interressant de pouvoir s'approcher du poids maxi autorisé, s'il ne réduit pas les autres capacité du véhicule.

@+

je n'ai rien trouve sur les fora divers.
La composante utile est elle contrée par l'augmentation des frottements???