Conservation et conversion d'energie cinétique en rayonnement

[nicozv]

Bonjour,

 

j'ai déjà posté ma question dans la rubrique "Astronomies et Astrophysique" mais sans grand succès. Du coup je la repose ici car ça me semble plus approprié.

 

Partant du principe de conservation d'énergie, je pensais à des freins à base de lampes...

 

Alors je sais exprimer l'énergie cinétique : E= (1/2)*m*v²

 

Quelle équation dois-je utiliser pour exprimer l'énergie théorique "rayonnée" par un système optimal, genre diode ?

Est-ce la formule qui combine la longueur d'onde et la constante de Planck? (de mémoire E=hv)

 

je précise que c'est juste pour l'exercice mental et je ne compte pas me lancer dans un grand projet, dans le garage. Je suis surtout à la recherche des différences d'ordre de grandeur...

 

Merci d'avance pour votre aide

 

Nicolas

[Paul_Wi11iams]

Bonjour,

 

j'ai déjà posté ma question dans la rubrique "Astronomies et Astrophysique" mais sans grand succès. Du coup je la repose ici car ça me semble plus approprié.

 

Partant du principe de conservation d'énergie, je pensais à des freins à base de lampes...

 

Alors je sais exprimer l'énergie cinétique : E= (1/2)*m*v²

 

Quelle équation dois-je utiliser pour exprimer l'énergie théorique "rayonnée" par un système optimal, genre diode ?

Est-ce la formule qui combine la longueur d'onde et la constante de Planck? (de mémoire E=hv)

 

je précise que c'est juste pour l'exercice mental et je ne compte pas me lancer dans un grand projet, dans le garage. Je suis surtout à la recherche des différences d'ordre de grandeur...

 

Merci d'avance pour votre aide

 

Nicolas

 

Bon.

On dirait que tu as fait peur aux physiciens ou peut-être ils sont juste en vacances. Je tente de réagir à mon petit niveau qui est près du Bac d'il y a 40 ans.

Si quelqu'un de plus qualifié peut voir si je n'a pas dit trop de bêtises !

 

 

Je pense qu'il faille distinguer entre un véhicule terrestre et un véhicule spatial.

 

 

Véhicule terrestre:

le freinage consiste en la transformation de l'énergie cinétique du mouvement qui est bien 1/2 m * v² et me concerne directement en tant que chauffeur.

Plus je roule vite, plus je vais libérer d'énergie en perdant un petit 1km/h en une seconde. C'est proportionnel à la distance parcouru par les garnitures de mâchoire sur mon disque de frein en une seconde.

 

La dissipation totale d'énergie est la somme des distances parcourues par les garnitures pour tous les km/h à débarrasser.

 

Je mettrais sous forme de graphique si j'ai un moment.

Ou tu peux le poster aussi. Il y aura un carré coupé sur la diagonale avec des barres verticales correspondant aux parcours de garniture de frein.

C'est la surface du triangle (la moitié du carré d'où le 1/2) qui donne l'énergie dissipée.

 

Je vais donc perdre quatre fois plus d'énergie en perdant 90 km / h en 90 secondes qu'en perdant 45 km/h en 45 secondes.

 

véhicule spatial

 

Je veux le stopper en allumant les feux.

J'à affaire à mv disons élan ou momentum en anglais.

 

Je perds 45mm/h en allumant mes feux pendant 45 ans

Je perds 90mm/h en allumant mes feux pendant 90 ans.

 

===================================================

 

Je crois bien que tu est dans le deuxième cas, celui qui oriente la queue d'une comète ou accélère une voile solaire.

 

Ne comptes pas sur moi pour la math, mais j'ai trouvé des chiffres indicatifs pour la pression solaire sur un panneau (noir?) de 1m²

 

en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure

 

 

Radiation Pressure (α=0 maximum)

 

Solar Distance µPa (µN/m2)

0.20 AU = close 227

0.39 AU = Mercury 60.6

0.72 AU = Venus 17.4

1.00 AU = Earth 9.08

1.52 AU = Mars 3.91

3.00 AU = asteroid 1.01

5.20 AU = Jupiter 0.34

 

On nous dit que cette pression correspond à 1361 W/m² à 1 UA

 

9.08µPa (µN/m2) = 1361 W

 

1µN = 1361 W / 9.08

=149.88986784141 W / µN

arrondi à =150W / µN

 

ie une lampe de 150W produit une pression de 1 µN

 

je continue...

mais non.

Je te laisse terminer !!

(ça te donnera un ordre de grandeur dans une situation "réelle")

• Quelle puissance radiative faut-il pour stopper en 10sec ton véhicule de 1000kg entrant dans le système solaire et voyageant vers la Terre à 36km/h ?
  (c'est 10% de ce qui est nécessaire pour maintenir ton véhicule en vol stationnaire près de la surface)
   
   
  
• Quelle en est l'énergie Q ?
  

 

g = 10m/s²

 

 

merci de prévenir avant de lancer les travaux pratiques.

Modifié 28 août 2015 par Paul_Wi11iams

[nicozv]

Salut Paul et merci pout ta réponse.

En effet ça ne motive pas trop les troupes mais c'est peut être ma question qui n'était pas suffisamment clair.

 

Je vais réfléchir à ce que tu dis car j'ai pas tout compris je t'avoue.

 

Mais pour faire court, j'imaginais un système type piozo électrique, qui convertirait l'énergie cinétiqueetn électricité, puis l'électricité pourrait alimenter une lampe qui finalement dissiperait l'énergie sous forme de rayonnement.

 

Il me semble que la théorie permet cela par contre les ordres de grandeurs doivent être tres differents. Donc il faudrait peut être des feux stops qui emettent des rayons x, et pendant tres longtemps...

 

En conséquence en tant que conducteur de mon super vehicule, j'éviterai de me taper un platane, mais le gars derrière moi serait surment rôti comme un poulet!

[Paul_Wi11iams]

Salut Paul et merci pout ta réponse.

En effet ça ne motive pas trop les troupes mais c'est peut être ma question qui n'était pas suffisamment clair.

 

Je vais réfléchir à ce que tu dis car j'ai pas tout compris je t'avoue.

 

Mais pour faire court, j'imaginais un système type piozo électrique, qui convertirait l'énergie cinétique en électricité, puis l'électricité pourrait alimenter une lampe qui finalement dissiperait l'énergie sous forme de rayonnement.

Peux-tu scanner un croquis à main levée présentant ton véhicule sous forme de schéma ?

 

Comme j'ai dit, l me semble que l'élément déterminant est de savoir si tu présente un véhicule au contact du sol ou un véhicule spatial. Si tu parles de la récupération d'énergie cinétique, ce serait un véhicule terrestre. Alors pourquoi t’embarrasser avec un système de freinage "à réaction" (moteur optique ou ionique) dont le pouvoir freinant est une dizaine d'ordres de grandeur en dessous d'un freinage mécanique (ex: loco SNCF à récupération d'énergie électrique)

 

Il me semble que la théorie permet cela par contre les ordres de grandeurs doivent être tres differents. Donc il faudrait peut être des feux stops qui emettent des rayons x, et pendant tres longtemps...

Ce qui émet depuis l'arrière va apporter, non pas un ralentissement mais une accélération. Je ne suis pas convaincu que, pour une quantité d'énergie donnée, le choix de fréquence changera quelque chose. Tu ne fais que changer la taille des paquets (photons), mais la quantité totale restera inchangée... au moins il me le semble.

En conséquence en tant que conducteur de mon super véhicule, j'éviterai de me taper un platane, mais le gars derrière moi serait sûrement rôti comme un poulet!

euh. Ce serait bien le platane qui serait vaporisé. "Toute action génère une réaction égale et opposée" dixit Newton.

 

Pour matérialiser les quantités d'énergie en jeu, je pense qu'il serait intéressant d'effectuer exercice que je t'ai laissé

 

@+

Modifié 29 août 2015 par Paul_Wi11iams

[Fred_76]

Je ne comprends pas l'énoncée du problème...

 

...quand on veut une réponse à une question, il faut déjà que la question soit claire !

[Paul_Wi11iams]

Je ne comprends pas l'énoncée du problème...

 

...quand on veut une réponse à une question, il faut déjà que la question soit claire !

 

content de ne pas être le seul.

J'attends le croquis.

[AstroFilDu76]

Pourquoi s'embêter avec des piézoélectriques !?

L'alternateur marche très bien pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique... Sinon tu as le système de Telma (à base de courant de Foucault) pour dissiper l'énergie cinétique sous forme de chaleur. Je répond peut être à côté de la plaque.

[Fred_76]

Pourquoi s'embêter avec des piézoélectriques !?

L'alternateur marche très bien pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique... Sinon tu as le système de Telma (à base de courant de Foucault) pour dissiper l'énergie cinétique sous forme de chaleur. Je répond peut être à côté de la plaque.

 

J'allais répondre la même chose, mais en fait, la question est tellement vague que je me suis abstenu. Le système de Telma utilisé sur les freins des camions dissipe l'énergie générée par le freinage en chaleur mais rien n'empêche d'alimenter des ampoules électriques, des LEDs ou même des canards vibrants pour consommer cette électricité Il en faut "un certain nombre" !

[nicozv]

Bonsoir et merci pour vos passages.

 

Je vais reprendre l'énoncé du sujet parce que comme dit plus haut, c'est un peu vague

 

Je pensais à un système de freinage (le véhicule importe peu il me semble) qui reposerait sur une conversion de l'énergie cinétique en un rayonnement électromagnétique (de la lumière quoi).

 

Donc partant d'un système parfait, si on prend une voiture d'une tonne roulant à 50km/h en ville par exemple, en apercevant un feu rouge à 100m, le conducteur active le système de freinage.

Le but étant de stopper la voiture au bon endroit, on connait la quantité d'énergie cinétique a dissiper. Vu que cette dissipation se fait par le biais d'un rayonnement électromagnétique, qu'elle serait les caractéristiques du rayonnement en question? Fréquence, durée, type de lampe...

 

pour simplifier le problème, on imagine un système idéal, sans dissipation de chaleur par frottement ou par effet joule... toute l'énergie cinétique est convertie en rayonnement.

 

Je pensais qu'on pouvait s'appuyer sur une formule du type de celle qui donne l'énergie d'un photon : e=h.v

 

En espérant que c'est plus clair comme ça...

[Fred_76]

Et bien tu mets une simple dynamo sur ton moyeu, tu la mets en marche quand tu veux freiner. L'électricité produite sert à produire ton "rayonnement" qui va consommer l'électricité et par là, freiner ton véhicule par le principe de conservation d'énergie.

 

Prends ce que tu veux pour émettre tes rayons, une LED, un laser, une ampoule à incandescence, un canon à rayons X... du moment que ça marche à l'électricité c'est bon. Il suffit d'en mettre assez.

[nicozv]

Oui ça je sais.... c'est la valeur du "assez" ou le rapport d'ordres de grandeur auquel je m'intéresse.

Pour le dire autrement, la décélération d'une voiture d'une tonne passant de 50km/h à 0 km/h en disons 20 secondes, ça correspond à l'énergie discipée par :

- la diode d'une lampe frontale, dans e meme interval de temps (je ne pense pas...)

- un milion de lampe frontales, dans le meme temps,

- la somme de toutes lampes à rayons x des hôpitaux de Paris, allumées pendant 1 millier d'années....

[nicozv]

Et vu qu'on essaye de faire un système efficace du point de vue freinage, il faudrait que toute l'énergie cinétique est ete dissipée avant d'avoir franchi le feu rouge de mon exemple

[AstroFilDu76]

Le souci c'est que moins ça va vite moins ça freine, un telma a lui seul ne suffit pas à stopper le poids Lourd, plus il va vite et plus il freine fort, à faible vitesse les courants de Foucault induis sont beaucoup trop faible pour induire a leur tour le freinage d'où des freins à disque additionnel pour stopper le camion. Maintenant, il faudrait reprendre les équations (à base de différentiels du nième ordre et d'integrales triples) et connaître la géomètrie d'un telle système pour aller plus loin.

Une chose est sur en appliquant le premier principe de la thermodynamique on peut s'en sortir pour calculer l'énergie totale a dissipé et la puissance des ampoules qu'il faudrait... On a la masse de la voiture sa vitesse avant freinage et sa vitesse a la fin, c'est dire 0 si on va a l'arrêt complet. Pour avoir une vision plus dynamique et connaître la courbe de freinage, il me semble que le second principe peut aider aussi (j'en suis plus trop sur mes connaissances en la matière commence a dater un peu).

Virgile

[bongibong]

Oui ça je sais.... c'est la valeur du "assez" ou le rapport d'ordres de grandeur auquel je m'intéresse.

Pour le dire autrement, la décélération d'une voiture d'une tonne passant de 50km/h à 0 km/h en disons 20 secondes, ça correspond à l'énergie discipée par :

- la diode d'une lampe frontale, dans e meme interval de temps (je ne pense pas...)

- un milion de lampe frontales, dans le meme temps,

- la somme de toutes lampes à rayons x des hôpitaux de Paris, allumées pendant 1 millier d'années....

Ben... c'est assez simple... je vais partir sur ton raisonnement, faire un calcul d'ordre de grandeur et montrer en quoi c'est faux.

L'énergie cinétique de ton mobile c'est environ 100 000 Joules.

 

Une ampoule usuelle c'est 100 Watts.

Si tu veux freiner en 10 secondes... il te faut 10 000 watts ?

 

Sauf que le raisonnement est un peu faux... c'est un peu comme si tu disais pour arrêter une voiture avec E0 énergie cinétique, il faut que moi-même je dépense E0 énergie pour l'arrêter, par exemple, en faisant du vélo d'appartement (mais du coup c'est du vélo qui est dans la voiture). Je calculerais la quantité de mouvement : 14 000 kg m/s (voiture d'une tonne lancée à 50 km/h)

La quantité de mouvement d'un photon ?

p = E/c

Pour un photon 5 10^14 Hz dans le visible : 3 10^-19 joules.

Quantité de mouvement : 10^-27 kg m/s

 

Pour arrêter la voiture il faut émettre : 10^31 photons. (sans compter l'effet Doppler)

Ca correspond à une énergie de 4 10^12 Joules.

Si la durée du freinage est de l'ordre de la seconde, il faut 10^12 watt.

 

conclusion : émettre de la lumière pour freiner c'est vraiment hyper efficace...

Modifié 31 août 2015 par bongibong

[Paul_Wi11iams]

Edit:

Je suis parti du fil tel qu'il était avant que boingboing n'affiche son message. J'ai oublié de l'actualiser avant de poster de mon côté. Avec une autre méthode, j'arrive dans les mêmes ordres de grandeur et partage sa conclusion. Ni l'un ni l'autre, nous ne faisons appel au concept de l'énergie cinétique et partons de la notion d'élan.

 

 

Bonsoir et merci pour vos passages.

 

Je vais reprendre l'énoncé du sujet parce que comme dit plus haut, c'est un peu vague

 

Je pensais à un système de freinage (le véhicule importe peu il me semble) qui reposerait sur une conversion de l'énergie cinétique en un rayonnement électromagnétique (de la lumière quoi).

 

Donc partant d'un système parfait, si on prend une voiture d'une tonne roulant à 50km/h en ville

Tu aurais pu le dire plus tôt !

Tu parles donc d'un véhicule terrestre qui interagit donc avec le sol.

 

Un système de freinage comme le ralentisseur électrique à récupération d'une voiture électrique transforme l'énergie cinétique provenant de la différence de vitesse du véhicule et la planète.

 

par exemple, en apercevant un feu rouge à 100m, le conducteur active le système de freinage.

Le but étant de stopper la voiture au bon endroit, on connait la quantité d'énergie cinétique a dissiper. Vu que cette dissipation se fait par le biais d'un rayonnement électromagnétique, qu'elle serait les caractéristiques du rayonnement en question? Fréquence, durée, type de lampe...

Ici, cependant, tu fais fonctionner un véhicule terrestre à la manière d'une fusée. C'est parfaitement possible, mais je préviens: Si le véhicule était en ville avant de freiner, on observera que 100m plus loin, elle ne sera plus du tout en ville pour une raison simple et plutôt funeste. Quant au feu rouge... quel feu rouge ?

pour simplifier le problème, on imagine un système idéal, sans dissipation de chaleur par frottement ou par effet joule... toute l'énergie cinétique est convertie en rayonnement.

 

Je pensais qu'on pouvait s'appuyer sur une formule du type de celle qui donne l'énergie d'un photon : e=h.v

 

En espérant que c'est plus clair comme ça...

 

En l'absence de freinage par interaction au sol, je ne peux pas utiliser le concept d'énergie cinétique. Le référentiel terrestre ne sert que comme repère de calcul. Le devenir des photons projetés à l'avant du véhicule n'influence pas son ralentissement (mais peut concerner le voisinage malgré tout).

 

En partant de tes chiffres:

 

50km/h

 

= 50 000 / 3600 M/s

 

= 500/36 M/s

 

Le véhicule fait 1000kg.

L'élan à débarrasser est

1000 * 500/36 kg.M/s

=13889 kg.M/s

 

On réutilise le résultat obtenu plus haut:

une lampe de 150W produit une pression de 1 µN.

Pour convertir les watts en travail (joules) je multiplie par temps

C'est à dire que nous avons 150 Joules.

 

Je fais la même chose des deux côtés, donc je multiplie les 1 µN par temps et j'ai le changement d'élan m*v (momentum pour moi).

 

 

 

 

 

Pour convertir une force (F) en travail (Q en Newton*mètres), je multiplie par "longueur"

 

150 joules : 1 µNm

 

1Nm : 150 MJ

 

 

Or il nous faut débarrasser 13889 kg.M/s

 

150 000 000 * 13889

 

20 833 350 000 000 J

 

2 * 10 ^13 J

 

C'est peu pour une explosion thermonucléaire, mais beaucoup pour une voiture qui s'arrête au feu rouge.

 

L'essence correspond à 3,52 10 ^ 7 J/L

Donc, pour un ordre de grandeur on est dans les 1000 pleins d'essence par freinage, sans parler des dégâts collatéraux.

Modifié 31 août 2015 par Paul_Wi11iams

[nicozv]

Bon soit je suis trop con, soit vos explications ne sont pas très claires, soit la vérité se situe entre ces deux extremums

 

Je vais reprendre vos messages tranquillement et essayer d'en extraire la substantifique moelle...

 

Il me semblait, peut être naïvement que pour dissiper l'excessive energie cinétique, il suffisait d'augmenter la fréquence du rayonnement emis.

 

Par ailleurs, j'ai encore du mal à comprendre en quoi le fait d'être dans une voiture plutôt que dans une fusée change qqchose au problème. Mais j'ai bon espoir d'avoir un déclic.

 

Par contre je n'ai strictement rien compris à ce que Paul a dit sur le véhicule qui était en ville mais qui n'y est plus. 50km/h en ville c'est plutôt realiste et 100m pour s'arrêter ne me semble pas deconnant. Bon mais surment avec un autre système de freins que celui que j'avais en tête

 

Je retourne bachoter vos messages!

[nicozv]

je suis sur un mobile et pour les quotes, c'est assez compliqué. Je vais tenter quand même.

 

Le souci c'est que moins ça va vite moins ça freine

salut Virgile et merci pour ton mesage. Je ne suis pas sûr de comprendre. Ça ressemble à une tautologie et je ge répondrais que moins ca va vite, et moins on a besoin de ralentir.

 

un telma a lui seul ne suffit pas à stopper le poids Lourd, plus il va vite et plus il freine fort, à faible vitesse les courants de Foucault induis sont beaucoup trop faible pour induire a leur tour le freinage d'où des freins à disque additionnel pour stopper le camion.

C'est un problème de rendement, non ? Dans mon "énoncé" je considère que l'on s'est affranchi de cette limitation. C'est un peu prosompteux mais c'est pour le plaisir de l'expérience de pensée

 

 

Maintenant, il faudrait reprendre les équations (à base de différentiels du nième ordre et d'integrales triples) et connaître la géomètrie d'un telle système pour aller plus loin.

Tu parles de la courbe de décélération?

Pour la géométrie du système, j'aimerai rester dans notre univers "quotidien", euclidien. Le mobile évolue dans le domaine newtonien, kivabien..ça doit clairement changer le nombre d'ampoules a l'arrivée mais c'est plus "visualisable". Ou bien je suis totalement à côté de la plaque ?

 

Une chose est sur en appliquant le premier principe de la thermodynamique on peut s'en sortir pour calculer l'énergie totale a dissipé et la puissance des ampoules qu'il faudrait... On a la masse de la voiture sa vitesse avant freinage et sa vitesse a la fin, c'est dire 0 si on va a l'arrêt complet. Pour avoir une vision plus dynamique et connaître la courbe de freinage, il me semble que le second principe peut aider aussi (j'en suis plus trop sur mes connaissances en la matière commence a dater un peu).

Virgile

Le second principe (entropie, augmentation "naturelle" de la quantité de desordre...) n'est il pas à l'origine de la question de rendement dont on s'affranchit par hypothèse ?

[syncopatte]

Quand une voiture freine, l'énergie est dissipée par les freins: ils chauffent (et donc rayonnent), puis faut changer les plaquettes aussi de temps en temps.

 

Patte.

[nicozv]

Je pense qu'il faille distinguer entre un véhicule terrestre et un véhicule spatial.

Ok je comprends maintenant en relisant mon message d'origine. Je parlais d'énergie cinétique et effectivement ça n'a de sens que par rapport à la Terre.

 

Ne comptes pas sur moi pour la math, mais j'ai trouvé des chiffres indicatifs pour la pression solaire sur un panneau (noir?) de 1m²

Merci pour les liens, le truc dont je raffole!

[Paul_Wi11iams]

 

Par contre je n'ai strictement rien compris à ce que Paul a dit sur le véhicule qui était en ville mais qui n'y est plus. 50km/h en ville c'est plutôt realiste et 100m pour s'arrêter ne me semble pas deconnant.

 

parce que la quantité d'énergie dégagée serait suffisante pour mettre la ville dans le même état que la zone portuaire de Tianjin après l'explosion ! C'est à dire qu'il ne restera pas grand chose alentour.

 

 

Boingboing a introduit un terme que je ne connaissais pas en français; "quantité de mouvement", bien que je connaissais le concept. La quantité de mouvement d'un ensemble d'objets est toujours conservée. Il suffit d'additionner la masse fois la vitesse (en fait le vecteur) de chaque objet et le total est invariable. Lorsqu'on éjecte quelques photons, ces photons ont une masse-équivalente qui participe dans ce total invariable. Du coup quelque chose d'autre (le véhicule dans ton cas, partira en sens opposé). On dit "conservation de quantité de mouvement".

 

Tiens, je viens de penser qu'une lampe de poche perd de la masse dès que l'on allume, mas pas beaucoup !

 

Ce concept simple fonctionne très bien pour les fusées et autres moteurs à réaction. C'est bien différent de l'énergie cinétique qui augmente avec le carré de la vitesse, ce qui est plus compliqué en fin de compte.

 

J'ai regardé l'article du Wiki, mais il me semble trop "sec". Si je vois quelque chose de plus lisible, je te passerai le lien.

 

C'est juste une opinion, mais j'ai l'impression que le système scolaire français a tendance à entrainer les élèves à répondre aux questions en effectuant des opérations sans avoir assimilé les concepts dont elles dépendent. Du coup, on entend brasser beaucoup de vocabulaire "principe de Joule" "entropie" "énergie cinétique" etc, dans des conversations où les gens ne savent pas quel concept s'applique dans quelle situation. A côté, on a une petite élite qui invente des TGV et des Airbus. C'est assez grave et si les choses ne changent pas, on risque de prendre un retard technologique. Je sais, c'est hors sujet...

[AstroFilDu76]

Quand une voiture freine, l'énergie est dissipée par les freins: ils chauffent (et donc rayonnent), puis faut changer les plaquettes aussi de temps en temps.

 

Patte.

 

Ah oui ça c'est bien vrai.

[AstroFilDu76]

Je pense que le poste les plus pertinents est celui de Paul_Wil11ams... Tu as les ordres de grandeur et les principes physiques (Principe fondamentale de la mécanique en particulier). Après c'est du calcul relativement simple.

Énergie avant freinage : 1/2 mv2

Énergie une fois freiner : 0

Donc l'énergie a dissiper au freinage doit être de 1/2mv2 (à convertir en Watt.heure au besoin).

Voilà voilà.

Modifié 31 août 2015 par AstroFilDu76

[syncopatte]

 

Pourtant, quand on freine, on ne met pas la ville à feu.

 

http://lab.phys.free.fr/troisieme/mecanique/energie/energie.html

 

Patte.

Modifié 31 août 2015 par syncopatte

[bongibong]

Je suis entièrement d’accord avec ce que Paul_Wi11iams a dit. Je vais tout de même compléter un peu mon poste.

 

Il faut bien distinguer deux notions : l’énergie dépensée pour freiner, et l’énergie cinétique dégradée à stocker quelque part.

Un frein, ce n’est rien d’autre qu’un système qui convertit l’énergie cinétique de la voiture en chaleur, stockée dans les disques de frein, chaleur qui se dissipera ensuite par tous les artifices aérodynamiques afin que le système soit prêt pour le coup de frein suivant.

 

On peut réfléchir à un autre système qui ne s’échauffe pas, comme par exemple jeter une masse en avant pour freiner la voiture (par conservation de la quantité de mouvement).

Par exemple, pour arrêter un véhicule dans l’exemple cité, on peut utiliser une masse de 100 kg (dix fois moindre), mais il faut le lancer à une vitesse 10 fois plus importante. C’est pourquoi l’énergie cinétique à communiquer sera 10 fois plus importante que l’énergie cinétique initiale de la voiture.

On peut même utiliser une masse 100 fois plus faible : 10 kg, mais dans ce cas, l’énergie cinétique à lui communiquer sera 100 fois plus importante (eh oui, l’énergie cinétique augmente avec le carré de la vitesse).

 

En passant à la limite de corpuscules ayant une masse nulle (en fait un traitement relativiste est indispensable), on comprend bien que l’énergie à dépenser est énorme. De plus, on ne parle même pas de comment focaliser les rayons X ou gamma qui en résulterait, vers des zones non dangereuses pour les passants, ou l'environnement.

 

J’aimerais également porter l’accent sur la puissance à apporter : 10^12 Watts, je ne sais pas si ça a fait tilt, mais ça aurait dû, puisqu’une centrale nucléaire produit 1 GigoWatts de puissance (oui oui, c’est une référence cinématographique). Donc pour freiner un véhicule d’une tonne à 50 km/h, il faut 1000 centrales nucléaires avec ce procédé…

 

En fait ce procédé est vraiment le moins efficace, puisque pour un frein l’énergie dépensée est quasi nulle. On applique une force sur les plaquettes de frein qui vont appuyer sur un disque. Le système bouge de quelques millimètres, mais pendant l’effort, il ne bouge quasiment pas, en fait le disque bouge dans le sens orthogonal, et donc la force ne travaille pas.

 

En terme d’efficacité : énergie dépensée / énergie cinétique à dégrader, c’est bien plus efficace.

 

Après il existe d’autres types de freinage qui utilisent l’électromagnétisme. Sauf que ça ne marche pas à faible vitesse.

 

Et comme Paul_Wi11iams, je pense également que la plupart des gens qui ont une soit-disant formation scientifique ne comprennent pas grand chose à ce qu'ils font.

Modifié 1 septembre 2015 par bongibong