image : Quand une voiture franchit une colline circulaire (sous réserve de la force normale N, de la force gravitationnelle mg et de la force de friction f), est-elle plus susceptible de perdre le contact avec la route en montant la colline, au sommet de la colline , ou sur le chemin du retour de l’autre côté de la colline ? Comment votre réponse dépend-elle de la manière dont la vitesse de la voiture change ou ne change pas ?
Voir plus
Crédit : CRÉDIT : C.E. Mungan
WASHINGTON, 24 novembre 2021 — De nombreux cours d’introduction à la physique présentent aux étudiants un scénario théorique pour un devoir. Si une automobile se déplace à vitesse constante sur une colline en forme d’arc de cercle vertical, quelle est la vitesse maximale qu’elle peut atteindre sans perdre le contact avec la route au sommet de la colline ?
Cependant, ce problème est intrinsèquement défectueux, « parce que si la vitesse de la voiture est telle qu’elle perdrait le contact à la crête, alors elle perdrait le contact bien avant ce point », selon Carl Mungan, professeur de physique aux États-Unis. Académie navale.
Dans Le professeur de physique, par AIP Publishing, Mungan démontre que, malgré de nombreuses références de manuels indiquant le contraire, une voiture quittera le sol à la baisse d’un pic.
« Il est généralement admis dans les manuels de physique qu’une voiture perdrait le contact à la crête exacte d’une colline ayant une section transversale circulaire », a déclaré Mungan. « Mais la force normale sur la voiture est, en fait, plus petite lorsque la route est en pente que lorsque son vecteur tangent est horizontal.
« De plus, si le pied n’est pas sur l’accélérateur, ou si vous faites une démonstration avec une voiture boîte d’allumettes sur une piste convexe, la vitesse de la voiture diminue à mesure qu’elle monte la colline. Les deux facteurs impliquent que les voitures ne quitteront pas la route au très crête. »
L’étude présente trois cas distincts pour illustrer les nuances des différents principes physiques en jeu. Le premier examine un objet rigide glissant sans frottement comme une rondelle de hockey sur la glace. La seconde se concentre sur un objet non alimenté roulant sans glisser, comme une balle. Le troisième présente une voiture qui est conduite en appliquant une pression sur la pédale d’accélérateur mais pas si fort que les pneus glissent à leurs points de contact avec la route.
En illustrant la dynamique dans chaque cas, Mungan présente finalement un argument convaincant, dissipant la notion de longue date qu’une voiture peut quitter la route au sommet d’une colline lisse.
Alors, comment une voiture effectue-t-elle un saut ? Il existe un certain nombre de sites Web qui donnent des conseils sur le saut de colline en automobile, mais la plupart d’entre eux contiennent de fortes mises en garde.
« Pour la conduite réelle d’une voiture de rallye, il est très probable qu’un saut se produira juste au-delà de la crête de la colline », a déclaré Mungan.
###
L’article « Over The Top » est écrit par Carl Edward Mungan. L’article paraîtra dans The Physics Teacher le 19 novembre 2021 (DOI : 10.1119/5.0051081) et il est accessible à l’adresse https://aapt.scitation.org/doi/full/10.1119/5.0051081.
À PROPOS DE LA REVUE
Dédié au renforcement de l’enseignement de l’introduction à la physique à tous les niveaux, The Physics Teacher comprend des travaux dirigés, des articles sur la pédagogie, les recherches en cours et l’actualité de la physique, ainsi que de l’histoire, de la philosophie et de la biographie. Les notes couvrent les techniques de classe et les colonnes présentent des appareils de démonstration et des critiques de livres et de films. Voir https://aapt.scitation.org/journal/pte.
À PROPOS DE L’AAPT
L’AAPT est une organisation internationale pour les éducateurs en physique, les physiciens et les scientifiques industriels avec des membres dans le monde entier. Dédié à l’amélioration de la compréhension et de l’appréciation de la physique par l’enseignement, l’AAPT propose des prix, des publications et des programmes qui encouragent l’enseignement de l’application pratique des principes de la physique, soutiennent le développement professionnel continu et récompensent l’excellence dans l’enseignement de la physique. L’AAPT a été fondée en 1930 et son siège social se trouve à l’American Center for Physics à College Park, dans le Maryland. https://www.aapt.org/
###
Journal
Le professeur de physique
Le titre de l’article
Sur le dessus
Date de publication de l’article
19-Nov-2021
Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l’exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert ! par les institutions contributrices ou pour l’utilisation de toute information via le système EurekAlert.
