Un TIPE sur le glissement, tout schuss ?!

Bonjour,

J'ai choisi dans un premier temps de travailler sur les surfaces tactiles en binôme. Grave erreur !
Il s'avère que j'étais le moteur du TIPE, l'autre personnage ne s'impliquant pas beaucoup

J'ai donc changé de sujet il y a deux semaines et j'ai opté pour le glissement

Je pense faire tourner une roue sur différentes surfaces, et étudier la vitesse maximale de roulement sans glissement. J'ai des idées d'améliorations d'expérience (inclinaison du support d'un angle alpha, effet de la lubrification de la surface, augmentation de la surface de contact entre la roue et le support, vérifier s'il n'y aurait pas une reprise d'adhérence après un certain temps de glissement)

Pour la partie théorique, je dispose de tous les outils nécessaires, cad loi de Coulomb du frottement sec, tous les théorèmes de mécanique me permettant d'obtenir les équations du mouvement, peut-être pourrai-je me pencher sur les cours de PC sur les frottements fluides/visqueux (je pense faire tourner ma roue sur de la glace!)

Je peux aussi me débrouiller pour créer un programme Maple.

Mon prof de physque m'a dit qu'une expérience était bien à partir du moment où elle mettait des choses en évidence. J'ai toutefois peur que mon TIPE soit un peu léger
Et je ne trouve pas de problématique ...
Avez vous des idées pour améliorer ceci ?

Bonsoir,
ta prof de physique n'a pas tort! Comment pourrait-elle avoir tort !
Tu projettes de monter une manip intéressante. mais j'ai deux questions. Une fondamentale : que veux-tu démontrer avec ta manip? Les lois de Coulomb pour le frottement sec? cela rejoint ta remarque à propos de ta problématique. Ne met pas la charrue avant les boeufs: choisis une problématique puis imagine l'expérience qui lui correspond pour montrer un résultat. Deuxième question : mesures-tu bien le travail de méca et d'électronique/instrumentation pour réaliser ce genre de banc d'essais?

Tu penses faire tourner ta roue sur la glace. Je te passe les problèmes pratiques. Mais ça, c'est une bonne idée. Bien sur, on est plus dans le domaine du frottement sec! Et il faudra démontrer qu'il s'agit d'un frottement fluide, avec transition de phase! Rien que ce sujet peut constituer un TIPE très correct. Mais un peu délicat, à la fois sur le plan théorique comme expérimental. Avec comme problématique, l'étude de la loi de frottement et de mobilité d'une roue (qule type de roue?) sur une surface glacée. En plus, c'est de saison! Exemple de question saugrenue : pourquoi recommande-t-on les pneus "neige" sur sol verglacé plutôt que des pneus normaux?

Bonsoir,

domi a écrit:que veux-tu démontrer avec ta manip? Les lois de Coulomb pour le frottement sec?

Je ne sais pas vraiment ... Je me demandais un jour s'il était possible d'avoir reprise d'adhérence après le glissement pour un pneu de voiture par exemple. Sur la neige, on peut imaginer que le pneu chauffe, la neige fond et le pneu repart car la route est plus "adhérente" que la neige. Mais cela me semble difficile...

domi a écrit:Deuxième question : mesures-tu bien le travail de méca et d'électronique/instrumentation pour réaliser ce genre de banc d'essais?

Cela signifie-t-il que l'expérience n'est pas réalisable ? Selon moi, il suffit juste de relier la roue à un moteur doté d'un compte tours et de maintenir la glace à température pour ne pas qu'elle fonde. Il est vrai que je n'ai pas pensé à l'acquisition de la vitesse de glissement... A l'oeil nu, c'est peu précis. N'existe-t-il pas un capteur pour ceci?

domi a écrit:Tu penses faire tourner ta roue sur la glace. Je te passe les problèmes pratiques. Mais ça, c'est une bonne idée. Bien sur, on est plus dans le domaine du frottement sec! Et il faudra démontrer qu'il s'agit d'un frottement fluide, avec transition de phase! Rien que ce sujet peut constituer un TIPE très correct.

Transition de phase signifie-t-il changement d'état ?
Si c'est le cas, une idée traverse mon esprit (c'est rare alors saisissons la!). Je peux étudier le roulement/glissement sur la glace puis voir quels sont les effets dès lors qu'elle fond. Mais la manip devient délicate (étudier le glissement d'une roue sur l'eau, ça relève plus du travail d'un ingénieur chez Michelin !!)

domi a écrit:Mais un peu délicat, à la fois sur le plan théorique comme expérimental.

Quels sont les obstacles que je risque de rencontrer ? Pas de cours sur le frottement fluide en MP

domi a écrit:Avec comme problématique, l'étude de la loi de frottement et de mobilité d'une roue (qule type de roue?) sur une surface glacée.

Je pensais demander au labo du lycée s'il n'aurait pas une roue de brouette par exemple. Sinon je pense qu'on peut trouver ça dans le commerce. Il faut juste que je puisse la raccorder à un moteur pour la faire tourner.

domi a écrit:En plus, c'est de saison!

Pour l'anecdote, c'est en roulant en voiture que j'ai pensé à ce sujet !

domi a écrit:Exemple de question saugrenue : pourquoi recommande-t-on les pneus "neige" sur sol verglacé plutôt que des pneus normaux?

Hum, merci pour l'idée, elle attire la curiosité, ça me plait bien !

Faut-il alors que je me procure des pneus neige pour l'expérience?


Sinon, pensez vous qu'un programme sous Maple soit réalisable pour ce sujet ? Je pense pourquoi pas modéliser ma roue tournant sur son support, on caractériserait le support en renseignant son coefficient de frottement, et on demanderait à Maple de nous donner la vitesse de glissement en fonction de la vitesse de la roue ... Ou mieux encore, notre roue roule à une certaine vitesse, puis il se met à neiger à un instant t, et la roue glisse ... Mais je m'emballe un peu, non ?

Bonsoir,
Le banc expérimental: il te faut d'abord un mécanisme qui puisse appliquer une roue en rotation sur une surface donnée, avec une force variable. Il faut que tu puisses mesurer la vitesse de rotation de la roue et la force d'appui de la roue sur la surface de roulement/glissement. Il serait également utile de pouvoir mesurer le couple sur l'arbre moteur.
L'interface entre la roue et la surface glacée est en fait formée par une mince pellicule d'eau dont il faudrait mesurer les caractéristiques (surface,épaisseur, température): pas évident...
Quand je te demandais le type de roue, je pensais : roue munie de pneus en caouchouc (lesquels?) ou roue métallique.
pour étudier l'influence du type de caoutchouc sur les frottements de roulement et l'adhérence, il faut pouvoir disposer de pneus différents,c e qui reisque aussi d'être un peu compliqué (à voir avec un garagiste..)
Enfin, une simu sous Maple de la chaose est sans doute un epu délicate! Il faut y réfléchir! La modélisation de l'interface roue/eau/glace risque d'être amusante. Mais je pense qu'il existe de la doc sur le sujet.

Bonjour,

Après réflexion, ce sujet me semble un peu compliqué dans la mise en oeuvre.

J'ai trouvé pendant les vacances d'autres sujets possibles :
1) Comment se forme une dune de sable ? -> là on peut utiliser un peu de théorie de mécanique des fluides et l'expérience est assez facilement réalisable, juste besoin d'une soufflerie et d'un peu de sable
2) Quels désagréments peut-on rencontrer en voiture et comment les éviter ? -> j'étudierai ici plusieurs phénomènes, à savoir, l'effet de balourd, le glissement lié à la force centrifuge dans un virage, ... (pas plus d'idées pour l'instant). Les expériences sont assez simples, une roue relié par une ficelle à un baton que l'on tourne manuellement (d'accord c'est assez rudimentaire) pour la force centrifuge, une masse et une roue pour l'effet de balourd ... Mais mon inquiétude est que ce sujet fasse un peu "fourre-tout"

Qu'en pensez vous ?

Antoine a écrit:Bonjour,

Après réflexion, ce sujet me semble un peu compliqué dans la mise en oeuvre.

J'ai trouvé pendant les vacances d'autres sujets possibles :
1) Comment se forme une dune de sable ? -> là on peut utiliser un peu de théorie de mécanique des fluides et l'expérience est assez facilement réalisable, juste besoin d'une soufflerie et d'un peu de sable

Bonjour et bonne année ! Pleine de réussite...
Le pb de la dune... Assez classique! Attention, il ne s'agit pas de méca flotte mais de mécanique des milieux granulaires, ce qui est assez différent! Essaye de faire une dune d'eau! Ce sujet est assez fréquemment traité. Il est assez bien accueilli s'il est bien développé. La modélisation et l'expérimentation ne sont pas difficiles à mener mais d'interprétation délicate...

2) Quels désagréments peut-on rencontrer en voiture et comment les éviter ? -> j'étudierai ici plusieurs phénomènes, à savoir, l'effet de balourd, le glissement lié à la force centrifuge dans un virage, ... (pas plus d'idées pour l'instant). Les expériences sont assez simples, une roue relié par une ficelle à un baton que l'on tourne manuellement (d'accord c'est assez rudimentaire) pour la force centrifuge, une masse et une roue pour l'effet de balourd ... Mais mon inquiétude est que ce sujet fasse un peu "fourre-tout"

Qu'en pensez vous ?

Ouai bof... je ne le sens pas trop bien ce sujet... surtout qu'il faudrait pour être pertinent que tu abordes les conséquences physiologiques de ces phénomènes physiques (tu parles de "désagréments") et ça, je ne le sens pas vraiment dans un TIPE math/physique!

Bonjour,

Excusez ma réponse tardive, je suis interne et ai peu accès à Internet

Si je "transforme" un peu le sujet, ça ne pourrait pas passer ? Par exemple:
Quels sont les différents types de glissement rencontrés en voiture et comment les éviter ou les atténuer ?
J'ai listé: l'aquaplanning, le dérapage (en virage/ligne droite, sur la neige ou sur route humide/sur route sèche), le glissement lié à la force centrifuge, le survirage, le sous virage ... (j'oublie le balourd donc qui n'entre pas vraiment dans la catégorie glissement)

Là, ça ira ?

Oui c'est mieux mais je ne vois pas trop les manips que tu vas faire pour illustrer le sujet!

Bonjour,

Il est vrai que les manip vont être délicates, pour le glissement lié à la force centrifuge, je pensais accrocher une roue à une corde et la faire tourner C'est un peu rudimentaire mais bon ... Il faut encore que je réflechisse à comment modéliser tout cela ...

J'ai trouvé un logiciel de simulation de manoeuvres routières sur Internet : Autoturn. Le gros hic c'est qu'il est payant
Maple est un peu limité sur le sujet ... Connaitriez vous un logiciel gratuit qui me permettrait de modéliser ces phénomènes physiques ?

Excusez mon double post, je viens d'y penser !

Les trajectoires d'une voiture dans un virage peuvent être modélisées par une courbe paramétrée !!
Je peux donc utiliser Maple !!!

j'avais dans l'idée que tu étudiais le phénomène au niveau de la roue de la voiture, c'est à dire essentiellement les déformations du pneumatique, non?

Oui

Une roue de brouette ou de vélo convient-elle ? Ce n'est pas la même utilisation, le modèle sera donc faussé ?

les paramètres à étudier sont la surface de contact avec le sol et aussi les déformations du pneumatique. Je doute qu'une roue de vélo se déforme comme une roue de voiture ou comme une roue de brouette...

Cela confirme ce que je pensais. Merci!

Bonjour !

Je me permets de participer à la conversation même si je sus un peu à l'ouest

Antoine je vois que tu es finalement parti sur l'idée des pneus/adhérence, donc ça ne t'intéressera sûrement pas : je suis resté sur la dune !

Il y a un truc qui m'a toujours intrigué sur les dunes, c'est leur structure à plus petite échelle. On dirait (sur les photos de dunes dans le désert) qu'il y a toujours des vaguelettes dessus (de période de l'ordre de la dizaine de cm). Et ça me fait penser à deux choses (mais mon point de vue est peut-être naïf) :
- ce sont finalement des dunes "en miniatures". Donc des petites dunes sur des grosses dunes, ça ressemble à des phénomènes comparables mais à échelle différente (donc fractal ?)
- ça me fait penser à ce qu'on appelle, en optique, l'instabilité de modulation : comment un signal continu (solution instable), dans une fibre optique, a tendance à se transformer en une suite d'impulsions régulière (solution stable) à cause des effets non linéaires. Ici on un bassin de sable qui, spontanément à cause du vent, se transforme en une structure quasi périodique (à plusieurs échelles en plus).

Tout ça semble assez "conséquent" tant sur l'aspect physique que mathématique (peut-être même trop).

Bon, je ne suis pas passé par les TIPE, donc je ne suis pas sûr que ma proposition soit très adaptée

midel

Bonjour,

Midel je ne comprends pas bien ce que vous voulez dire à propos de l'instabilité de modulation (je précise que j'abord l'optique indulatoire dès mercredi en cours)
Ca me parait intéressant, je vais réfléchir à pourquoi pas mixer les deux sujets!

Je vais essayer d'expliquer sans trop compliquer la chose ni dire de bêtises ;-)

L'instabilité de modulation, dans les fibres optiques, ça se manifeste ainsi :
- tu envoies un signal continu dans la fibre (donc un faisceau de lumière ininterrompu, de puissance constante)
- dans la fibre, la lumière subit plusieurs effets à cause de l'interaction avec la matière dont est faite la fibre (c'est de la silice, du verre). Parmi ces effets il y a la dispersion qui fait que certaines couleur se propagent plus vite que d'autres, par exemple. Cet effet est dit "linéaire", il ne dépend pas de la puissance injectée. Il y a d'autres effets, qui dépendent de la puissance, et qu'on appelle "non linéaires".

Je reviens à mon signal optique continu. En l'absence d'effets non linéaires (ou bien quand la puissance est très faible), ce signal est stable. Quand les effets NL ne sont plus négligeables, ce signal continu n'est plus stable, et il se transforme spontanément en un signal modulé (d'ou instabilité de "modulation"). Cette instabilité démarre sur les petites fluctuations qui sont présentes de toute façon sur le signal continu.

Ca me fait penser au sable. Le sable subit la gravité, son état stable devrait être un profil parfaitement plat. Mais le vent souffle. Si la surface du sable était parfaitement lisse et plate, elle ne se déformerait pas, même avec le vent. Mais voilà, il y a toujours du vent, des arbres, plein de choses qui compliquent la dynamique de la surface sable, font des turbulences. Donc la situation plate, on ne la voit jamais, et ça devrait donner n'importe quoi. Mais on ne voit pas n'importe quoi, on voit des solution "structurées", "modulées", "ordonnées" stables, et qui parfois, se déplacent, si je ne dis pas de bêtises.

Je ne suis pas sur que le parallèle soit correct. Je suis à peu près sûr que la dynamique du sable set hautement non linéaire, sans doute beaucoup plus que la propagation de la lumière dans une fibre. Mais il y a quelque chose de semblable : une structure ordonnée apparait (quasi)spontanément.

Que ce soit bien clair : l'instabilité de modulation est encore aujourd'hui un domaine de recherche ! Il y a plein de notions très complexes, et moi je ne suis pas passé par les TIPE, donc je ne sais pas quel quantité de travail on vous demande exactement ;-)

J'ai cherché un peu sur internet des images parlantes pour décrire l'instabilité de modulation, mais je n'en ai pas trouvé pour l'instant ! Je vais chercher encore un peu.

midel

Merci c'est plus clair !

Comment traduit on l'apparition spontanée de cette structure dans les équations mathématiques ? Je suppose aussi que puisque les effets sont non linéaires les équations ne le sont pas non plus ?

Bon, comme je n'ai pas trouvé d'image, je me suis fendu d'un petit dessin de moi-même. Mais ce n'est qu'une illustration fausse, bien entendu !



Et sinon voici un petit truc où ils parlent d'instabilité de modulation et de paysages

http://www.ulb.ac.be/sciences/nlpc/veg_pattern.html

Effectivement, les équations ne sont pas linéaires, voir la première équation ici :

http://en.wikipedia.org/wiki/Modulational_instability

C'est la version la plus simple de cette équation, et elle amène déjà beaucoup beaucoup de soucis ! La non linéarité étant le |A|²

midel