Force et énergie

[soso1022]

Bonjour à tous, je me posais une question en conduisant mais je n'ai pas su y répondre car je n'ai pas assez de connaissance en physique (pour l'instant).

Losqu'on roule et que l'on percute un piéton, à 50km/h par exemple. Le CHOC (ou la force) sera plus fort si lorsqu'on percute le piéton à cette vitesse:

1)on roule à vitesse constante de 50km/h

2) on roule à une vitesse plus élevé et on a décéléré et lors du contact notre vitesse était à 50km/h

3)on était était en train d'accélérer et lors du contact sa vitesse était à 50 km/h

en admettons que la décélaration et l'accélération ont la même norme.


Merci!
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[invite07941352]

Dans tous les cas, la vitesse au moment du choc est la même , les effets sont les mêmes , surtout si vous percutez un mur dans votre exemple .
Pour le piéton, c'est la même chose , mais il peut apparaître des effets secondaires , du deuxième ordre , du genre " comme je suis en accélération, je le traîne sur quelques métres de plus , par rapport à une vitesse constante ou une décélération ".

[theguitarist]

Je ne suis pas non plus super calé en physique, donc je risque de dire une grosse bêtise mais au moins ça me permettra d'apprendre en même temps

Je ne suis vraiment pas sûr mais instinctivement j'aurais dit que les chocs dans les 3 cas sont identiques, puisque au moment du choc, l'énergie cinétique de la voiture est dans les 3 cas la même (à savoir 0.5mv²).

par contre il est clair que "la force" à laquelle est soumise la voiture et qui la fait avancer n'est pas la même (seconde loi de Newton) mais bon là encore ce serait cool si quelqu'un pouvait confirmer

D'ailleurs dans le 3eme cas, lorsque la voiture décélère la force dépend de si on freine ou de si on est en roue libre au quel cas la seule chose qui puisse faire ralentir la voiture c'est les frottements de l'air et l'éventuelle pente de la route.

Voilà voilà

[soso1022]

Catmandou je ne suis pas sûr qu'elle soit la même pour les 3 cas car par exemple lorsque l'on est dans une voiture et que l'on freine on est projeté vers l'avant,si on accélere vers l'arrière alors que pour nous la vitesse est nulle tout le temps si on prend pour referentiel la voiture.

J'ai raisonné comme vous 2 au départ mais ensuite je me suis dit qu'il devrait peut être y avoir un phénomène avec
l'accélération.
Regardons par exemple l'effet Doppler, lorsque la voiture accélere , les ondes émises par le véhicule sont donc plus étalé vers l'arrière et vice versa si on ralenti. Et à vitesse constante je ne sais pas mais j'aurai dit le même cas que pour l'accélération, c'est à dire que les longueurs d'onde sont plus grande à l'arrière du véhicule.

Mais peut-on vraiment comparer une force avec une onde de choc?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Je maintiens ma position . La vitesse est la même . Accélération, décélération ou vitesse constante et effets de ceux-ci sur vous-même , c'est une autre histoire qui n'a rien à voir avec le choc .

[invite07941352]

Et si vous ne me suivez toujours pas, alors je vous demande (comme indiqué par the guitarist) de calculer l'énergie cinétique du véhicule (...responsable des dégats sur le piéton ) dans les 3 cas de figure .

[soso1022]

Oui peut être bien mais sans exemple je n'arriverai pas vraiment à comprendre pourquoi...

[LPFR]

...
Regardons par exemple l'effet Doppler, lorsque la voiture accélere , les ondes émises par le véhicule sont donc plus étalé vers l'arrière et vice versa si on ralenti. Et à vitesse constante je ne sais pas mais j'aurai dit le même cas que pour l'accélération, c'est à dire que les longueurs d'onde sont plus grande à l'arrière du véhicule.
...

Bonjour.
Vous avez choisi un mauvais exemple pour votre cause. L'effet Doppler ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Pour ce qui est du choc, Catmandou et Theguitarist ont raison. Ça ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Au revoir.

[soso1022]

Dacor merci à vous

[soso1022]

Dacor merci à vous, mais pourquoi dans cette discussion on ne dit pas vraiment cela.
http://forums.futura-sciences.com/ph...que-a-une.html

Il est affaire de quantité de mouvement et non pas seulement d'énergie cinétique comme vous me le dites tous,donc la vitesse n'est pas le seul élément.

Si on connait la durée du choc , le choc fait varier la quantité de mouvement de la voiture de en ce temps , ce qui est équivalent à l'action d'une force .Mais dans cette conversation la voiture percute un mur et non un piéton, lorsqu'on percute un mur la vitesse de la voiture passe de 50km/h à 0 à un intervalle de temps et on peut donc faire un sorte de moyenne entre la quantité de mouvement avant le choc et après le choc.

Alors que pour un piéton je ne sais pas si on peut considérer que la voiture perd de sa vitesse et donc utilisé le terme de quantité de mouvement, de plus je ne sais pas si le temps de choc est assez grand car je n'ai pas encore étudier la quantité de mouvement.

C'est pour cela que je suis sceptique car si la voiture était en accélération,son mouvement continuerait sur le piéton et donc le temps du choc est plus grand que si la voiture décélérait.

Voyez vous le problème?

[lucas.gautheron]

Dacor merci à vous, mais pourquoi dans cette discussion on ne dit pas vraiment cela.
http://forums.futura-sciences.com/ph...que-a-une.html

Il est affaire de quantité de mouvement et non pas seulement d'énergie cinétique comme vous me le dites tous,donc la vitesse n'est pas le seul élément.

Si on connait la durée du choc , le choc fait varier la quantité de mouvement de la voiture de en ce temps , ce qui est équivalent à l'action d'une force .Mais dans cette conversation la voiture percute un mur et non un piéton, lorsqu'on percute un mur la vitesse de la voiture passe de 50km/h à 0 à un intervalle de temps et on peut donc faire un sorte de moyenne entre la quantité de mouvement avant le choc et après le choc.

Alors que pour un piéton je ne sais pas si on peut considérer que la voiture perd de sa vitesse et donc utilisé le terme de quantité de mouvement, de plus je ne sais pas si le temps de choc est assez grand car je n'ai pas encore étudier la quantité de mouvement.

C'est pour cela que je suis sceptique car si la voiture était en accélération,son mouvement continuerait sur le piéton et donc le temps du choc est plus grand que si la voiture décélérait.

Voyez vous le problème?

Bonsoir,

La quantité de mouvement c'est le produit de la masse par la vitesse (). Ce sont les mêmes paramètres qui interviennent dans l'énergie cinétique... (mais celle ci est proportionnelle au carré de la vitesse)
Pour ce qui est de la réponse au sujet... Je en sais pas trop comment on peut modéliser un choc entre un piéton ou une voiture (choc mou ? inélastique ?)... Donc je n'en dirais pas plus (pour ne pas raconter de bêtises)

A+,

[soso1022]

Bonjour.
Vous avez choisi un mauvais exemple pour votre cause. L'effet Doppler ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Pour ce qui est du choc, Catmandou et Theguitarist ont raison. Ça ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Au revoir.

il est aussi dit que
Force du choc=(variation de quantité de mouvement)/(intervalle de temps)
c'est pour cela que ce que vous dites me paraît faux.Mais LPFR après je n'ai surement pas vos connaissances en physique mais je pense que mon raisonnement n'est pas faux.

Parce que comme je l'ai dis lors de l'accélération et la décélération du véhicule avant le choc et bien la quantité de mouvement et l'intervalle de temps ne sont pas les mêmes.

[LPFR]

...c'est pour cela que ce que vous dites me paraît faux....

Bonjour.
Tant pis.
Au revoir.

[soso1022]

Lol Bon j'ai compris j'abandonne vous avez raison.

Au revoir

[triall]

Bonjour, si l'on considère un choc "mou" et que le piéton reste "collé" à la voiture on peut dire que la quantité de mouvement est la même avant et après le choc ce qui s'écrit Mv=(M+m) v' , on peut connaître donc la vitesse de la voiture après le choc v'=Mv/(M+m) si l'on considère aucun freinage ni rien (pauvre piéton ) .
On peut donc calculer l'énergie que la voiture a perdu , o.5Mv²-0.5 (M+m)v'² énergie encaissée par ce malheureux .
Si la voiture est en train d'accélérer lors du choc , et bien ... cette perte de vitesse de la voiture qui passe à v' n'est pas instantanée, si la quantité de mouvement a changé, c'est que la voiture accepté F.T une force F , appliquée pendant un temps T . force inverse mais d'intensité égale pour le piéton .
La voiture est passée de Mv à Mv' et le piéton de 0 à mv' .
Comme ce temps T n'est pas connu, mais pas nul , et bien si la voiture était entrain d'accélérer on dirait que ça change quelque chose, ça me paraît clair pour v' , le choc sera plus dur, le piéton et la voiture subiront un changement de la quantité de mouvement plus grand, car v' sera plus grand que prévu et calculé avec v constant et ça paraît logique , et inversement si la voiture freine , il me semble ...
On pourrait prendre l'exemple du tennis, si l'on frappe la balle en accélérant , il me semble qu'elle ira plus vite ....

[LPFR]

Bonjour.
Non.
Que le choc soit élastique ou plastique, la quantité de mouvement de l'ensemble [voiture plus piéton] est conservée.
Les seuls changements de la quantité de mouvement viennent des forces horizontales sur l'ensemble: freinage ou accélération.
Si le choc dure plusieurs secondes ce serait envisageable. Mais, en général ça ne dure qu'une faction de seconde.
Et au tennis, ce qui compte, comme pour les voitures, n'est l'accélération du joueur ou de la raquette, mais la vitesse de la raquette au moment de l'impact.
Au revoir.

[Theophane]

Bonjour.
Vous avez choisi un mauvais exemple pour votre cause. L'effet Doppler ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Pour ce qui est du choc, Catmandou et Theguitarist ont raison. Ça ne dépend que de la vitesse et pas de l'accélération.
Au revoir.

Bonjour LPFR,

Je viens de découvrir que tu étais passé modo. Félicitation, et bonne chance dans ton nouveau poste

A bientôt,
Théophane.

[triall]

Mouais, pour la voiture et le piéton, ce qui me parait clair c'est que ce dernier subit , en plus de l'accélération du choc, l'accélération de la voiture(0.5 g par exemple) , c'est sûr que 0.5 g c'est peu à côté du nombre de g qu'il doit prendre avec le choc ..
Pour le tennis, il est fortement conseillé, tout de même d'avancer pendant l'impact de la balle...

[LPFR]

Bonjour.

Bonjour LPFR,

Je viens de découvrir que tu étais passé modo. Félicitation, et bonne chance dans ton nouveau poste

A bientôt,
Théophane.

Merci. La chance peut me servir à ne pas faire trop de bêtises (comme valider une pièce que je n'aurais pas dû). Pour le reste c'est un peu plus de travail (pas trop).

...
Pour le tennis, il est fortement conseillé, tout de même d'avancer pendant l'impact de la balle...

Oui. Si vous tapez sur la balle avec le même swing en en plus une vitesse 'v' par rapport au sol, la balle repartira, en gros, avec une vitesse supplémentaire 2v.
On fait la même chose pour le javelot, mais j'ai l'impression que l'athlète cours, freine, puis lance. Alors qu'il serait plus logique qu'il court, lance, puis freine.
Mais moi, le sport, ce n'est qu'à l'écran.
Au revoir

[soso1022]

Merci triall, j'ai étudié un petit peu la quantité de mouvement et la force due au collision et voilà ce que je trouve.Je suppose que le piéton ne modife pas l'accélération de la voiture.

Prenons une voiture de masse M=1500kg et vitesse V1=50km/h=14m/s au moment de l'impact avec un piéton de masse m=60kg et situé à 30 m et de vitesse u1=0.
en supposant que la vitesse initiale est 0 alors amoy =3.3m/s²

*Conservation de l'énergie :
0.5( MV1²+ mu1²) = 1/2( MV2² + mu2²) donc MV1²=mu2² + MV2²

*Conservation de la quantité de mouvement ( les vitesses sont ici des vecteurs)

MV1+ mu1 = MV2 + mu2 donc MV1= mu2 + MV2
On a donc 2 inconnues V2 et u2 et 2 équations.
on résout et on trouve: u2²(m²/M + m) -2*m*u2*V1=0 soit u2=2V1M/(m + M)

Application numérique: u2=26.9 m/s et V2=(MV1-mu2)/M = 12.9m/s
soit delta V=V1-V2=1.1 m/s
et pour les énergies on a bien MV1²=14²*1500=294 kJ= mu2² + MV2²= 43416 + 249615 (environ 294 kJ)

On cherche maintenant delta t sachant que a=cte=delta V/delta t alors delta t=1.1/3.3= 0.33s
En supposant bien sûr que le piéton n'a pas modifié l'accélération pendant l'intervalle de temps du choc

Finalement la force du choc est F=M(delta V/delta t)=1500*1.1/0.3=5500N

Et si je n'ai pas fait de bêtise , on voit bien que si l'accélération augmente, delta t diminue et donc F augmente.
Prenons maintenant une vitesse initiale de 20km/h, on aura donc a=1.2 m/s².
V1=14m/s et V2=12.9m/s ils ne changent pas mais par contre l'intervalle de temps change car
delta t=delta V / a =1.1/1.2=0.92 s et donc cette fois ci
F=1500*1.1/0.92=1800 N soit environ 3 fois moins que précédemment

Conclusion, si l'accélération est multiplier par 3 alors la force du choc en est de même, même si la vitesse lors du contact est la même.
Par contre je ne sais pas comment procéder pour une accélération négative ou constante...

ps: il se peut que je me trompe, mais il faudrait que quelqu'un m'explique dans ce cas.

[triall]

Bonjour, soso attention la conservation de l'énergie cinétique(l'énergie totale est toujours conservée) ne fonctionne que pour les chocs parfaitement élastiques (black- boule, bille en acier...) , ce qui n'est pas le cas du piéton .. Un rebond élastique revient exactement à la même hauteur, lors d'un rebond, ce qui n'est pas le cas de ce malheureux piéton, si on le lâche de 2 m de hauteur , il ne rebondit pas du tout !!!
Le choc mou que je vous propose est plus simple à calculer, finalement , on a la vitesse de l'ensemble piéton+ voiture, on a donc l'accélération que subit le piéton . Le piéton ne rebondit pas, "choc élastique" le scénario scotché à la voiture après le choc est bon; on peut calculer l'énergie qui est dissipée, je suppose qu'elle va à part égale entre le piéton et la voiture !
A noter quand même , en cas d'accélération de la voiture au moment de l'impact ;( on est bien d'accord, la voiture va à 50Km/h à l'impact et elle accélère au moment de l'impact ?) en cas donc d'accélération, la voiture subissant moins de variation de quantité de mouvement v'1 étant un poil plus grand que si elle n'accélérait pas, elle subira une accélération moins importante , contrairement au piéton , mais c'est faible il est vrai le temps d'impact étant court ...

[soso1022]

Je pensais que c'était la même chose pour ce qui est du choc mou ou élastique c'est pour cela, je me suis donc tromper dans mes calculs mais le phénomène reste le même n'est-ce pas?plus l'accélération sera grande,plus grande sera l'intensité du choc.
Mais quel serai l'énergie cinétique et la conservation de la quantité de mouvement dans le cas d'un choc mou?pour que je puisse refaire le calcul et savoir si le piéton ira mieux que dans le cas d'un choc élastique.

Et pour votre question,oui la voiture garde la même accélération avant et après l'impact. Et de toute façon l'intervalle de temps est tellement petit dans notre cas que personne n'a un temps de réaction aussi faible pour freiner.

Disons que le conducteur continue dans sa lancé et s'enfuit ^^

[triall]

Bonsoir, vous avez du rater un épisode, tout est là dans un message précédent .LPfr n'est pas tout à fait d'accord, mais il n'a rien dit quand j'ai noté , juste avant, que le piéton se prenait les 0.5 g ou 0.33 g suivant de la voiture au moment du choc, même si ce nombre de g est faible par rapport à celui qu'il se "ramasse" avec le choc à 50KM/h ...

Bonjour, si l'on considère un choc "mou" et que le piéton reste "collé" à la voiture on peut dire que la quantité de mouvement est la même avant et après le choc ce qui s'écrit Mv=(M+m) v' , on peut connaître donc la vitesse de la voiture après le choc v'=Mv/(M+m) si l'on considère aucun freinage ni rien (pauvre piéton ) .
On peut donc calculer l'énergie que la voiture a perdu , o.5Mv²-0.5 (M+m)v'² énergie encaissée par ce malheureux .
Si la voiture est en train d'accélérer lors du choc , et bien ... cette perte de vitesse de la voiture qui passe à v' n'est pas instantanée, si la quantité de mouvement a changé, c'est que la voiture accepté F.T une force F , appliquée pendant un temps T . force inverse mais d'intensité égale pour le piéton .
La voiture est passée de Mv à Mv' et le piéton de 0 à mv' .
Comme ce temps T n'est pas connu, mais pas nul , et bien si la voiture était entrain d'accélérer on dirait que ça change quelque chose, ça me paraît clair pour v' , le choc sera plus dur, le piéton et la voiture subiront un changement de la quantité de mouvement plus grand, car v' sera plus grand que prévu et calculé avec v constant et ça paraît logique , et inversement si la voiture freine , il me semble ...
On pourrait prendre l'exemple du tennis, si l'on frappe la balle en accélérant , il me semble qu'elle ira plus vite ....

[invite07941352]

Et avec un choc à 50 kmh, avec une grande décélération, le piéton est toujours vivant ?

[soso1022]

Bonsoir, vous avez du rater un épisode, tout est là dans un message précédent .LPfr n'est pas tout à fait d'accord, mais il n'a rien dit quand j'ai noté , juste avant, que le piéton se prenait les 0.5 g ou 0.33 g suivant de la voiture au moment du choc, même si ce nombre de g est faible par rapport à celui qu'il se "ramasse" avec le choc à 50KM/h ...

Ah oui dsl. donc dans ce cas c'est exactement la même chose que moi mis à part que u2 (la vitesse du piéton lors de l'impact) est la même que V2, la vitesse après le choc.

Mais une fois avoir calculer l'énergie emmagasiné par le piéton,comment trouver une relation entre la force et l'accélération,en partant de l'énergie cinétique? Sachant qu'il emmagasine à 50km/h une énergie de 150 kJ!

E=0.5MV1²(1- 1/(M+m) )=146 905.7 J

Et pour répondre à Catmandou un accident est mortel dès 30 km/h je crois

[triall]

Bonsoir, pour catmandou, "on se fout un peu du piéton" on fait de la physique, si vous suivez le fil du message, vous avez pu voir qu'il avait subi plusieurs collisions, on l'a laissé tombé de 2 m de hauteur , pour voir s'il rebondissait ...je me souviens d'un autre post sur les dégâts causés à un piton, mais le mieux c'est le test mannequin, c'est évident et les constructeurs ont pris en compte ces tests avec, je crois la forme du pare-choc, du capot , de la vitre ...
Pour soso , l'énergie c'est une force x par la distance pour laquelle l'objet a subit cette force.
Avec le choc mou, on a pu calculer l'énergie dissipée , le changement de la quantité de mouvement , ainsi si on a le temps pendant lequel la force a été donnée , on a alors la distance ..Avec F=Energie dissipée/longueur=(Différence de quantité de mouvement)/temps , si je ne m'embrouille pas!
Pour l'accélération, il faut juste le temps puisque c'est delta V /t ..Mais perso, je n'ai toujours pas ni la distance ni le temps d'application de la force F d'impact ...Exemple si on a 10000 joules dissipés ils pourraient l’être sur avec une force de 10000 N sur 1 m ou 20000 sur 0.5m , pareil pour la quantité de mouvement perdue, (ou gagnée) si elle est de 3000Newtonsxsecondes , ce pourrait être 3000N sur 1 seconde, 6000 N sur 0.5s ...
Le temps d'impact doit, je pense être trouvé par l'expérience (film au ralenti ...)

[soso1022]

Ah non c'est simple, F= delta V / delta t et V2 ou v' comme vous voulez est égal à MV/(M+m) donc
V2=13.72 et donc delta V=0.28
Et a=(V1-vinitiale)²/(2*30)
dans le cas ou v initiale= 20km/h on a a=1.2m/s² donc delta t = 0.28/1.2=0.23 s donc F=1826 N
dans le cas ou v initiale= 0 km/h on a a=3.3m/s donc delta t=0.08s et F= 5250 N

On retrouve donc environ les mêmes valeurs que précédemment lorsque j'ai utilisé le cas d'un choc élastique.Est-ce normal?
Et on voit bien que si l'accélération triple et bien la force du choc triple aussi, et vice versa.

[triall]

Bonsoir, alors suivez ce bon conseil, travaillez avec toujours en tête la dimension d'une équation ; je regrette de ne pas l'avoir appris ni en première, ni en terminale, c'est un outils très puissant, il peut même aider à retrouver deS équations , et on doit y prêter la plus grande attention
A gauche d'une équation on doit avoir la même dimension qu'à droite . Les dimensions élémentaires sont la longueur , en mètre que l'on note L, le temps en seconde T, la masse en kg , notée m et l'intensité électrique en ampère, on ne peut additionner que des quantités qui ont la même dimension aussi .
Toutes les autres valeurs sont dérivés de ces 4 (en mécanique les 3 premières); je crois qu'il y en a d'autres mais mineures..
Par exemple la vitesse =L/T=LT-1 , l'accélération =V/T=VT-1=LT-2 :une distance par secondes au carré ou une vitesse par un temps, exemple des mètres par seconde,.... par seconde .
Pour la force on pense à F=ma , une masse par accélération donc m.Lt-2 , pour l'énergie on pense à E =1/2mv² =mL²T-2 C'est des joules, ..les angles sont sans dimension, car c'est un rapport de distance L/L=1 comme le nombre de billes n'a pas de dimension...
Ainsi, quand vous écrivez F=DeltaV/DeltaT en dimension cela fait V/T je vois tout de suite(ainsi que tous les physiciens) le gros problème , V/T c'est une accélération, pas une force !! Vous pouvez, je pense vous fier à ce que je vous ai écris, une énergie : une force x longueur (vérifiez, s'il vous plait) , une quantité de mouvement mv a la même dimension qu'une force x par un temps et c'est le cas de fait, si l'on applique une force F pendant un temps T à une masse m , elle prend une vitesse v telle que F.T=mv... Tout ça est facilement démontrable avec F=m.a (a accélération) ...

[soso1022]

Merci du conseil, et dsl pour F,j'ai oublié le M.

C'est F=M*delta V/delta T.

Mais par contre comment je me suis trompé pour le calcul de l'accélération , j'ai dit que a=(V1-Vinitiale)² /2d
ce qui est faux, c'est a=(V1²-Vinitale²)/2d
Cela ne change rien pour vo=0 mais pour vo=20km/h on a a=2.7m/s² et non 1.2 m/s²:
ce qui donne F=4000N! et non 1800N

mais par contre je ne sais pas comment faire pour déterminer la force lorsque l'accélération est négative, lors d'une décélération par le calcul.
Je dis simplement que delta V<0 car V1>V2 et delta V=V2-V1
Mais alors si |a (accélération)|=|a(décélératio n)| alors l'intensité de la force du choc aura la même intensité aussi en valeur absolue. Mais cela me paraît incorrect...Quelqu'un pourrait m'éclairer?

Idem pour pour une vitesse constante,l'accélération est nulle est donc F=0 or si un piéton se fait renverser par une voiture à vitesse constante alors la force du choc ne sera pas nulle du tout!

HELP!

[triall]

Je veux bien essayer de vous aider, mais je ne sais pas ce qu'est d pour vous, mais pour moi c'est la distance pendant la quelle la force d'impact s'est exercée, et il me semble que le ne connait pas cette distance , ni le temps d'action de cette force, on a simplement un ensemble de solutions...
Exemple, si le temps dure 1 seconde, c'est beaucoup plus "doux" pour notre piéton !, mais à vitesse constante, sans accélération , il aura dissipé autant d'énergie , mais sur un temps plus long ...