Sujet Grand Oral Physique-Chimie Comment les principes de la physique-chimie sont-ils mis en œuvre dans le freinage d’une voiture de Formule 1 ?

« Sujet Grand Oral Physique-Chimie Comment les principes de la physique-chimie sont-ils mis en œuvre dans le freinage d’une voiture de Formule 1 ? Introduction : Mesdames, Monsieur les jurys Je m'appelle ……et aujourd'hui je vais vous parler de l’un des sports le plus technologiquement avancés : la Formule 1.

Cette dernière est bien plus qu’une simple course de voitures.

C’est un mélange complexe de science, de technologie, d’ingénierie et de sport qui pousse les limites de ce qui est possible.

Chaque monoplace est un chef-d’œuvre d’ingénierie, conçu pour être le plus rapide possible tout en respectant un ensemble strict de règles et de réglementations. En effet, lors d’un Grand Prix, une voiture de Formule 1 peut effectuer jusqu’à 700 freinages.

Ces freinages ne sont pas seulement une question de sécurité, mais peuvent aussi faire la différence dans une course.

Un bon freinage peut permettre à un pilote de dépasser un concurrent, de prendre un virage plus rapidement ou d’éviter un accident.

C’est pourquoi le freinage est l’un des aspects les plus importants en Formule 1.

Aujourd’hui, nous allons donc explorer un aspect spécifique de cela : comment ces principes sont mis en œuvre dans le freinage d’une voiture de Formule. Pour répondre à cette question, nous verrons dans un premier temps quelles sont les forces qui s’exercent sur la Formule 1 lors d’un freinage grâce à la 2nd loi de Newton.

Puis dans un second temps nous étudierons le phénomène d'aérodynamique sur la monoplace via la loi de Bernoulli et l’effet Venturi et enfin dans un troisième temps nous analyserons les différents modes de transfert thermiques au sein des disques de freins de la monoplace. Développement : I/ Forces exercées sur la Formule 1 : Lors d’un freinage pendant un grand prix de Formule 1, plusieurs forces sont mises en jeu sur le système {voiture + pilote}.

Ainsi nous retrouvons (montre le schéma du bilan des forces fait sur le brouillon) : - - - La force de portance : En Formule 1, on parle plutôt de “force d’appui” qui est une force de portance négative.

Elle pousse la voiture vers le bas, augmentant ainsi l’adhérence des pneus à la piste. La force de traînée : C’est la force exercée par l’air sur la voiture.

Elle agit dans la direction opposée à la direction du mouvement.

La force de traînée est particulièrement importante à haute vitesse, ce qui est courant en Formule 1. Le poids: Elle agit verticalement vers le bas et est égale au poids de la voiture.

Cette force est constante et s’exprime en fonction de la masse du système multiplié par la pesanteur terrestre qui est de 9,81 m/s. - - La force normale ( ou réaction normale du support) : C’est la force exercée par la route sur la voiture.

Elle agit verticalement vers le haut et est égale aux poids alors ces deux forces s’annulent. La force de frottement : C’est la force qui résiste au mouvement de la voiture.

Cette force est cruciale pour maintenir la voiture sur la route et pour permettre le freinage. La force de traction appelée aussi force de poussée : C’est la force qui propulse la voiture vers l’avant.

Elle est générée par le moteur et transmise aux roues par l’intermédiaire de la transmission. Ainsi prenons un cas précis pour expliquer l’application de la 2nd loi de Newton lors d’un freinage.

Prenons l’exemple du virage 10 sur le circuit de Barcelone ( représente le virage sur le brouillon).

Ici la monoplace arrive avec une vitesse d’environ 321 km/h et arrive au début du virage ( appelé point d’entrée) avec une vitesse de près de 80 km/h.

Dans cette situation, les forces de trainés, de portance et de traction sont omis afin de simplifier les calculs et la force de frottements est supposée constante.

Alors grâce à la 2nd loi de Newton qui stipule que la résultante des forces d’un système est égale à la masse multipliée par l'accélération où l’on sait que l'accélération est la dérivée de la vitesse qui est la dérivée de la position.

On obtient alors à la fin des calculs que le pilote subit une force G de 4,5 G.

A savoir qu’un pilote de Formule 1 lors d’un grand prix peut subir jusqu’à 6 G mais cela reste sur un court instant ce qui en somme n’entrave pas la santé d’un pilote.

En somme, le freinage en Formule 1 est un processus complexe qui met en jeu plusieurs forces et principes de la physique.

L’application de la deuxième loi de Newton nous permet de comprendre l’impact significatif des forces G sur le pilote lors d’un freinage, notamment dans des situations extrêmes comme le virage 10 sur le circuit de Barcelone. II/ L’aérodynamique d’une Formule 1 : Cela nous amène naturellement à la prochaine partie de mon oral : l’aérodynamique. En effet, l’aérodynamique joue un rôle crucial non seulement dans la vitesse et la maniabilité d’une voiture de Formule 1, mais aussi dans son freinage.

Ici nous allons étudier la force de traînée en détails.

En effet, cette force produite par le moteur et les forces de frottements dû au sol (frottement des roues sur le sol) est réduite lors du freinage. Tout d’abord il est important de savoir que l’aérodynamique d’une Formule 1 réside dans le fait de rediriger ces forces à l’aide des deux ailerons situés à l’avant et à l'arrière du véhicule.

Pour comprendre ce phénomène, les ingénieurs automobiles emploient des souffleries dans lesquelles ils étudient le mouvement de l’air sur le véhicule.

Ainsi, le fonctionnement de l’aileron d’une Formule 1 correspond au fonctionnement inverse d’une aile d’avion car ici il est question de garder la monoplace plaquée au sol et non pas de la faire décoller.

Ainsi l’aileron arrière permet de plaquer la monoplace sur le sol grâce à la géométrie de l’aileron qui permet de courber la trajectoire de l’air en créant ainsi un différentiel de pression et une force de portance.

Pour détailler mon explication, je vais employer deux principes de la mécanique des fluides. Le premier est que le débit volumique est constant or l’aileron est construit d’une certaine manière que la distance à parcourir est plus longue en dessous de l’aile qu'au-dessus ainsi vu que.... »