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Figures et liens utiles pour la compréhension de la matière


Frottement et accélérations de l'automobile

L'accélération d'une automobile (vers l'avant) n'est produite que par les forces de frottement sur les roues mues par le moteur (roues motrices).

Les roues entraînées par le moteur, par leur rotation et le frottement au sol, poussent le sol vers l'arrière (pour avancer).

Conséquence du « principe d'action-réaction » :

Le sol applique sur les roues une force en sens contraire (donc vers l'avant).


Par ailleurs, le poids de l'automobile peut ne pas être réparti également entre l'avant et l'arrière. Si le moteur est à l'avant, la force normale sur les roues avant (NV) sera généralement plus élevée que la force normale sur les roues arrière (NR).

C'est la somme des forces normales sur l'ensemble des roues qui sera égale au poids de l'auto. L'analyse des forces verticales sur l'auto montre cette relation :

SFy = may = 2NV + 2NR − mg = 0

2NV + 2NR = mg

Si 60% du poids de l'auto repose sur les roues avant, on aura :

2NV = 0,60 mg


Puisqu'il existe plusieurs sortes d'automobiles quant aux roues motrices (traction (avant), propulsion (arrière), quatre roues motrices), l'accélération maximale possible pour une automobile donnée dépend des roues motrices et de la force normale que ces roues reçoivent du sol.

Pour une traction avant, le moteur n'entraîne que les roues avant, et seule la force normale sur les roues avant génère une force de frottement faisant avancer l'auto.

Si on décortique la force normale aux 4 roues, on aurait, verticalement :

SFy = may = 2NV + 2NR − mg = 0

Pour une accélération sans dérapage, si seules les roues motrices (avant) contribuent à l'accélération via leurs normales NV :

SFx = max = 2fs

À la limite du glissement :

SFx = max = 2×μsNV

Si 60% du poids de l'auto repose sur les roues avant, l'accélération maximale sera donnée par :

max    =    2×μsNV    =    μs × 0,60mg


Pour la propulsion arrière, le moteur n'entraîne que les roues arriere, et seule la normale sur les roues arrière génère un frottement faisant avancer l'auto. À la limite du glissement :

SFx = max = 2×μsNR

Si la force normale sur les roues arrière (NR) est plus faible que la normale sur les roues avant (NV), la force de frottement maximale disponible pour une auto à propulsion est inférieure à ce qu'elle serait pour une traction. L'accélération maximale sera ainsi inférieure (tous les autres facteurs étant identiques).

 

(Une auto à propulsion aurait avantage à ce que le moteur soit à l'arrière, ce qui est le cas pour les voitures sport exotiques.)


Pour une auto à quatre roues motrices, le moteur entraîne toutes les roues, et l'ensemble des forces normales, donc la normale entière, génère du frottement. On peut donc simplifier le traitement en considérant la normale entière.

 

Remarque : Le freinage étant important, toutes les autos freinent aux 4 roues. L'entièreté de la force normale contribue donc au freinage.