Problème de compréhension pour mon TPE

[invite97bde193]

Bonjour,
Je suis lycéen en première S et je suis entrain de bosser pour mon tpe à rendre dans 1 semaine et demi.
Moi et mes collègues travaillons sur une maquette d'un véhicule amphibie eau/terre. Les profs qui nous encadrent m'ont mis sur la voie des calculs de forces en opposition au mouvement :
J'ai donc calculé la force d'adhérence, puis de glissement, ce qui me fait déjà une force d'opposition (celle de glissement), l'adhérence n'étant qu'un seuil à dépasser.
Puis j'ai calculé la force de trainé, mais plusieurs questions me viennent :
Pour calculer la forces de trainées, les sites où j'ai trouvé la formule me demande une accélération, mais sachant que les calculs que je fais sont pour une vitesse constante de 1m/s, que dois-je mettre? L’Accélération terrestre de 9.81?
Ensuite, après avoir calculer toutes ces forces, j'aimerais trouver un moyen d'en faire quelque chose dans mon tpe, je me suis donc dis que ces forces, étant en opposition au mouvement elles ralentient la voiture, la vitesse ne sera donc plus de 1m/s, comment je compense cette force? Je me suis dit qu'il fallait augmenter les tours par minutes de mon moteur, mais quelles sont les relations entre le couple/la force/les tours par minutes...?
Bref, je suis un peu perdu et ma question en abrégé serait : Avec toutes ces forces d'opposition, j'en fait quoi par rapport au mouvement? Quoi calculer pour revenir à mes 1m/s voulu ?

Dernière petite question un peu bête mais utile, le poids de l'objet est-il comptait comme une force d'opposition qui ralentit le mouvement? Si oui, je dois donc l'ajouter dans le domaine des forces d'oppositions et donc une force en plus qui ralentit mon véhicule...

Merci de votre lecture en espérant des retours de votre part !
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[phys4]

Bonjour,
Vous devriez essayer d'apprendre les relations entre couple moteur et force au niveau des roues, utilisez les relations des engrenages, ou la conservation de l'énergie.
Pour les forces de frottement, vous avez les pertes de rendement de la transmission, la résistance de l'air : je pense que vous avez trouvé les formules pour la chute libre, il faut prendre les formules pour la résistance à un déplacement horizontal.
Ensuite la résistance de l'eau dans l'eau, beaucoup plus forte, en général un véhicule amphibie va 5 fois moins vite dans l'eau que dans l'air, ce qui fait que dans l'eau la résistance de l'air devient négligeable.
Enfin un véhicule amphibie a des pentes à descendre ou remonter : essayez de trouver la force correspondante, ici g intervient.
Au revoir.

[invite97bde193]

Merci de votre réponse mais quelques problèmes subsistent encore, surtout un :
J'ai fais environ 7 pages de TPE pour calculer une force totale qui est en opposition au mouvement, la force de glissement qui vaut 2,87N, et la résistance de l'air ou force de traînée qui vaut 0,9N.
La question que j'essaye de soulever dans cette partie de mon tpe est "Nous aimerions faire avancer notre maquette à une vitesse de 1m/s, nous allons calculer les forces en oppositions au mouvement pour ensuite déduire les tours par minute nécessaire à notre réducteur (et donc le rendement global du réducteur)" , sauf que pour l'instant, je ne peux pas avoir le couple du moteur : n'y a t-il pas un autre moyen de calculer les tours par minute nécessaires pour avancer à 1m/s sachant que les forces en oppositions sont de 3,77N?
Dernière question que j'avais déjà posé à mon premier poste, le poids lui-même de l'objet ne représente-t-il pas une force en opposition au mouvement ?

[phys4]

le poids lui-même de l'objet ne représente-t-il pas une force en opposition au mouvement ?

Sur une piste plate, non, mais dans une montée le poids s'oppose au déplacement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb79ab2de]

Bonjour,

Pour répondre à ta question je pense qu'il faut faire tes calculs en 2 parties si je comprends bien; une partie sur terre et une sur eau.
Sur la terre ce qui va ralentir sont les frottements à la route et les frottements de l'air.
Sur l'eau ce sera les frottements air et eau.

Les frottements dû à un fluide (la traînée) se calcule ainsi : F = 0.5*Cx*ρ*A*v² où ρ est la masse volumique du fluide concerné, v la vitesse constante que tu veux (1m/s pour toi), A est la surface de frottements (renseigne toi sur internet pour mieux comprendre car à l'écrit ce n'est pas si facile d'expliquer) et Cx est le coefficient de frottements que tu peux déterminer via des Abaques.

Ainsi grâce aux forces totales que tu trouveras pour l'eau par exemple la puissance qu'il te faudra sera P = F * v
Cette puissance sera celle de déplacement, ainsi via votre transmission (les rendements engrenages, etc..) tu peux trouver la puissance moteur de ta maquette et ainsi dimensionner le tout.

En espérant t'avoir éclaircit sur certains sujets peut-être...

[invite97bde193]

Merci pour votre aide, même si j'avais déjà fait le calcul sur la traînée et la force de frottement. Mais ducoup, il faudra que je calcul la puissance qu'il me faudra :
Imaginons que les forces en opposition valent pour la trainée 1N et pour les frottements 2N (valeur aléatoire) , cela me donne F=3N, donc je dois calculer la puissance par F*V ce qui donne 3W, donc il faut que la puissance de mon moteur soit égale à 3W pour avancer à 1m/s si j'ai bien compris ? Et grâce à cette puissance je pourrais calculer les tours par minute nécessaire au déplacement de 1m/s grâce à P=C*w (avec C couple moteur et w les tours par minute) soit w = P/C.
Si tout ce que j'ai dis est juste, merci pour votre éclaircissement car j'avais déjà pensé devoir utilisé le couple MAIS, et ce sera la dernière question : Comment on calcule un couple moteur ?
Encore une fois merci de votre lecture en espérant que vous puissiez répondre

[inviteb79ab2de]

La puissance de 3W ici sera la puissance dégager aux roues qu'il te faudra, or sachant que les tu mettras surement une transmission elle aura un rendement si tu le connais, tu pourras alors trouver la puissance que doit développer ton moteur etc...

De plus pour la partie terrestre:
au niveau des roues tu as :
v=R*ω où v=1m/s R le rayon de roue et tu peux calculer ω.
N=(ω*30)/π (tr/min)
Ainsi tu peux trouver la vitesse de rotation des roues (sachant que ta puissance est divisé par le nombres de roues de ton bolide). Grâce a ca et ta transmission tu cherches un moteur qui peut te correspondre.

Attention cependant sur l'eau, les calculs seront plus compliqués et la puissance sera surement plus grande. Il faudrait donc dimensionner les moteurs selon cette option (le plus défavorable).
Après tout dépends de comment est faite votre propulsion sur l'eau. De plus sur l'eau il faut que vous regardiez au niveau de la portance de votre maquette pour pas que ca coule en marche (on qu'elle s'envole ). (Ou archimede à l'arrêt tout simplement..)

Bon voilà j'espère t'avoir un peu plus éclairé sur le sujet. Je m'y connais un peu plus en mécanique des fluides qu'en mécanique donc j'espère pas avoir trop dit de bêtises !

[invite97bde193]

Donc, si j'ai bien compris, 3W sera ce que doit fournir les roues (divisé par 2 car nous avons 2 roues motrices?), mais qu'est ce qu'une transmission? Imaginons que le rendement de nos engrenages soit de 0,01, il faudra faire la formule : r=psortie/pentrée, donc psortie qui vaut 3W et r qui vaut 0,01, ça fera 3W/0,01, et ce sera la puissance que mon moteur doit fournir?
Et la formule v=R*w, cela me donnera les tours par minute de mes roues sans compter les forces d'opposition ?
J'en fais quoi de ces tours par minutes sachant qu'il ne représente seulement les tours par minute sans aucune force?
Merci encore pour ta réponse en esperant que tu puisses répondre à ceux que je viens de te poser !

[inviteb79ab2de]

Alors ce que j'appelle la transmission ce sont les engrenages si tu veux; après le rendement de 1% me parait faible ^^ mais pour l'exemple oui c'est ça normalement 3/0.01=Pafournir.
Ensuite la formule v=R*w avec la formule de N, te donne ce que tu dois obtenir en rotation par minutes aux roues peut importe les forces pour que ta voiture aille à 1m/s sur terre. Après si tu fais avec la puissance tu pourras dimensionner ton moteur tout simplement sans utiliser la formule précédente. Après selon ton moteur et sa rotation maximale, selon tes engrenages, tu pourras déterminer la rotation par minutes de tes roues et ainsi trouver la vitesse à laquelle la voiture va; ensuite l'avantage si vous avez une carte Arduino c'est de ralentir le moteur ou non varier la vitesse ainsi que le couple du moteur.

[invite97bde193]

Merci de ton aide, j'ai compris maintenant où j'en suis. J'essayerai de t'envoyer les calculs que j'ai fait si tu pourrais les vérifier ce serait gentil de ta part, après tu n'es pas obliger !

[invite97bde193]

Enfaite ce n'est pas vraiment terminer, en force d'opposition je trouve seulement 0,000901N, or la force d'adhérence est de 3,40N, donc au final je fais quoi?
Je fixe la force de mes roues à 3,41N ?