🚗 La distance de freinage et l'énergie cinétique
Un ballon roule sur la route, un enfant pourrait le suivre… Freine ! Mais avant même d'appuyer sur la pédale, ta voiture a déjà parcouru plusieurs mètres. Compare deux voitures identiques à des vitesses différentes, sur route sèche, mouillée ou verglacée, et découvre la règle la plus importante du code de la route : quand la vitesse double, la distance de freinage quadruple.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Pendant le temps de réaction, la voiture ne freine pas encore : elle parcourt dR = v × tR à vitesse constante (zone jaune).
- Pendant le freinage (zone rouge), la force de frottement des pneus sur la route transforme l'énergie cinétique en chaleur dans les freins et les pneus.
- La voiture B, deux fois plus rapide, a 4 fois plus d'énergie cinétique (Ec = ½ m v²) : il lui faut 4 fois plus de distance pour la dissiper avec la même force de freinage.
- La courbe de dF en fonction de v est une parabole : la distance de freinage grandit beaucoup plus vite que la vitesse.
- Quand l'obstacle est trop proche, la voiture le percute encore à grande vitesse : quelques km/h de plus au départ font une énorme différence au moment du choc.
Expériences à faire
- Double la vitesse de A : par combien sont multipliées la distance de réaction, la distance de freinage et l'énergie cinétique ?
- Passe de la route sèche à la route mouillée puis au verglas sans changer la vitesse : que devient dF ?
- Augmente le temps de réaction à 2 s (téléphone au volant) : à 50 km/h, combien de mètres de plus avant de s'arrêter ?
- Multiplie la masse de la voiture par 10 (un camion) : la distance de freinage change-t-elle dans ce modèle ? Pourquoi ?
- Avec « ✏️ Mes valeurs », choisis μ = 0,8 et g = 1,62 m/s² (la Lune) : faut-il freiner plus tôt ?
La physique derrière l'animation
- Énergie cinétique : Ec = ½ m v², avec m en kg et v en m/s (1 m/s = 3,6 km/h), Ec en joules.
- Théorème de l'énergie cinétique : ΔEc = ΣW(F). Pendant le freinage, seule la force de frottement f travaille (le poids et la réaction normale sont perpendiculaires au déplacement) : 0 − ½ m v² = − f × dF.
- Avec f = μ m g (adhérence maximale des pneus), on obtient dF = v² / (2 μ g) : la distance de freinage est proportionnelle au carré de la vitesse, et la masse s'élimine.
- Distance d'arrêt : dA = dR + dF = v tR + v² / (2 μ g). Trouver la vitesse maximale pour s'arrêter avant un obstacle revient à résoudre une équation du second degré.
- Valeurs typiques de μ : route sèche 0,8 ; mouillée 0,5 ; neige 0,2 ; verglas 0,1. Modèle simplifié : force de freinage constante, temps de réaction fixé, pas de transfert de charge ni de limite des freins.
D'autres animations
Chronophotographie et vecteur vitesse
Photographie une balle, une bille, un palet ou un manège à intervalles réguliers, construis les vecteurs vitesse et mesure-les à la règle.
Manipuler →La valve du vélo : une trajectoire, trois observateurs
Trois caméras filment le même vélo : pour le piéton, la valve dessine des arches ; pour le cycliste, un cercle ; pour la voiture qui double… autre chose !
Manipuler →Le vecteur variation de vitesse et la somme des forces
Construis Δv = v₂ − v₁ sur une chronophotographie (ballon, voiture, manège…) et vérifie qu'il pointe comme la somme des forces : ΣF ≈ m·Δv/Δt.
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.