Étude de la traînée sur un véhicule électrique

Étude de la traînée sur un véhicule électrique

Comprendre l’Étude de la traînée sur un véhicule électrique

Vous êtes un ingénieur junior travaillant pour une entreprise qui développe des voitures électriques.

Afin d’améliorer l’efficacité énergétique des véhicules, vous devez analyser l’impact de la force de traînée aérodynamique sur la consommation d’énergie du véhicule lors de voyages à différentes vitesses.

Données fournies :

  • Coefficient de traînée (Cd) pour le véhicule : 0.28
  • Surface frontale (A) du véhicule : 2.2 m²
  • Densité de l’air (ρ) à température et pression normales : 1.225 kg/m³
  • Rendement du moteur électrique : 85%
  • Conversion de la vitesse : 1 km/h = 0.27778 m/s

Travail demandé :

1. Calculer la force de traînée (Fd) que le véhicule subit lorsque sa vitesse est de 90 km/h.

2. Estimer la puissance nécessaire (P) pour surmonter cette force de traînée à cette vitesse.

3. Déterminer la consommation d’énergie (E) sur une distance de 100 km à cette vitesse, en considérant que la puissance nécessaire est constante.

4. Discussion : Discutez de l’impact de l’augmentation de la vitesse sur la consommation d’énergie et proposez des mesures pour réduire la traînée.

Correction : Étude de la traînée sur un véhicule électrique

1. Calcul de la force de traînée

La formule pour calculer la force de traînée est:

\[ F_d = \frac{1}{2} \rho A C_d v^2 \]

Substituons les valeurs fournies :

  • \(\rho = 1.225 \, \text{kg/m}^3\) (densité de l’air)
  • \(A = 2.2 \, \text{m}^2\) (surface frontale)
  • \(C_d = 0.28\) (coefficient de traînée)
  • \(v = 90 \, \text{km/h} = 90 \times 0.27778 \, \text{m/s} = 25 \, \text{m/s}\)

\[ F_d = \frac{1}{2} \times 1.225 \times 2.2 \times 0.28 \times 25^2 \] \[ F_d = 0.5 \times 1.225 \times 2.2 \times 0.28 \times 625 \] \[ F_d = 238.0375 \, \text{N} \]

2. Estimation de la puissance nécessaire

La puissance nécessaire pour surmonter cette traînée est donnée par :

\[ P = F_d \times v\]

Substituons \(F_d = 238.0375 \, \text{N}\) et \(v = 25 \, \text{m/s}\) :

\[ P = 238.0375 \times 25 \] \[ P = 5950.9375 \, \text{W} \] \[ P = 5.95 \, \text{kW} \]

3. Calcul de la consommation d’énergie

La consommation d’énergie pour parcourir 100 km à cette vitesse constante est calculée par :

\[ E = \frac{P \times t}{\eta} \]

Le temps \(t\) pour parcourir 100 km à 90 km/h est :

\[ t = \frac{100}{90} \, \text{h} = 1.111 \, \text{h} \]

Avec \(P = 5.95 \, \text{kW}\) et \(\eta = 0.85\) :

\[ E = \frac{5.95 \times 1.111}{0.85} \] \[ E = \frac{6.61145}{0.85} \] \[ E = 7.77876 \, \text{kWh} \]

4. Discussion

Impact de l’augmentation de la vitesse :

Augmenter la vitesse augmente la force de traînée de façon quadratique, ce qui requiert plus de puissance et donc une plus grande consommation d’énergie.

La traînée aérodynamique est un facteur majeur dans la consommation d’énergie des véhicules à haute vitesse.

Mesures pour réduire la traînée :

  • Améliorer le design aérodynamique du véhicule pour réduire \(C_d\).
  • Utiliser des matériaux qui offrent une surface plus lisse pour minimiser les turbulences.
  • Incorporer des technologies actives de gestion de la traînée comme des volets ajustables.

Étude de la traînée sur un véhicule électrique

D’autres exercices de physique terminale:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Analyse de l’Amortissement dans les Circuits

Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Comprendre l'Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Dans cet exercice, nous allons analyser le comportement asymptotique d'un circuit RLC série, qui est un circuit électrique composé d'une résistance (R), d'une bobine...

Constante de Désintégration d’Isotope X

Constante de Désintégration d'Isotope X Comprendre la Constante de Désintégration d'Isotope X Dans une étude sur la radioactivité, un laboratoire a isolé un échantillon contenant l'isotope radioactif X. L'objectif est de déterminer la constante de désintégration...

Calcul du Noyau du Fer

Calcul du Noyau du Fer Comprendre le Calcul du Noyau du Fer Le fer est un élément essentiel dans divers domaines, de l'industrie à la biologie. Comprendre la composition de son noyau peut être crucial pour des applications en physique nucléaire et astrophysique....

Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe

Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Comprendre l'Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Dans les étoiles de la séquence principale comme le Soleil, l'énergie est produite principalement par des réactions de fusion nucléaire. Le cycle thermonucléaire de Bethe,...

Électron dans un Champ Électromagnétique

Électron dans un Champ Électromagnétique Comprendre le Mouvement d'un Électron dans un Champ Électromagnétique Un électron (charge \(e = -1,6 \times 10^{-19}\) C, masse \(m = 9,1 \times 10^{-31}\) kg) entre avec une vitesse initiale \(v_0 = 2,0 \times 10^6\) m/s dans...

Calcul de la perte de masse du Soleil

Calcul de la perte de masse du Soleil Comprendre le Calcul de la perte de masse du Soleil Le Soleil, une étoile de type spectral G2V, est la source principale de lumière et d'énergie de notre système solaire. Au cours de sa réaction de fusion nucléaire, le Soleil...

Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137

Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Comprendre l'Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Le césium-137 est un isotope radioactif formé par fission nucléaire dans les réacteurs nucléaires. Il possède une demi-vie de 30 ans et est très utilisé dans les...

Analyse de l’écholocation chez les dauphins

Analyse de l'écholocation chez les dauphins Comprendre l'Analyse de l'écholocation chez les dauphins Les dauphins utilisent l'écholocation pour naviguer et chasser dans des environnements aquatiques obscurs. Cette méthode leur permet de déterminer la distance et la...

Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde

Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde Comprendre les Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde Dans cet exercice, nous allons explorer le phénomène des ondes stationnaires produites dans un fil sous tension à l'aide d'un vibreur de Melde. Ce dispositif est...

Variation de la Célérité avec la Température

Variation de la Célérité avec la Température Comprendre la Variation de la Célérité avec la Température Dans le cadre d'une étude sur les propriétés acoustiques de différents milieux, une équipe de recherche mesure la célérité du son dans l'air à différentes...