Sujet 50Freinage d’une automobile10 min
Puissance 11, mai 2015
Temps, mouvement et évolution
Énergie, matière et rayonnement
Vrai-Faux
Calculatrice non autorisée
Les exercices comportent 4 affirmations repérées par les lettres a, b, c et d. Indiquer pour chaque affirmation si elle est VRAIE ou FAUSSE. Il est conseillé de justifier vos réponses.
Une automobile de masse m = 1 tonne descend en roue libre une pente à 6 % (l’altitude varie de 6 m pour 100 m parcourus) à la vitesse de 72 km · h–1. Le chauffeur freine. La voiture s’arrête en 100 m.
On présente dans le tableau ci-dessous quelques caractéristiques de l’acier et du carbone, matériaux utilisés pour la réalisation de disques de freinage.
Acier | Carbone | |
Capacité thermique massique | 0,52 kJ · kg–1 · K–1 | 1,35 kJ · kg–1 · K–1 |
Point de fusion | 1 450 °C | Sublimation au-delà de 3 000 °C |
Coefficient de friction en freinage maximal | 0,08 à 0,1 | 0,14 à 0,18 |
Conductivité thermique | 36 W · m–1 · K–1 | 110 W · m · K–1 |
Données :
● intensité du champ de pesanteur g ≈ 10 m · s– 2 ;
●
a. La force de freinage, parallèle à la route et supposée constante, est égale à 2,6 kN.
b. À masse égale des disques et dans des conditions de freinage équivalentes, la température des disques en carbone s’élève plus que celle des disques en acier, mais la température acceptable pour le carbone est plus élevée.
Si on suppose que 100 kJ sont dissipés au niveau d’un disque de 3,5 kg en acier lors du freinage :
c. L’élévation de température au niveau du disque est d’environ 55 °C.
d. La conductivité thermique n’a aucune incidence sur la qualité des freins.
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