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Énergie dissipée lors d'un choc

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Dans des conditions normales de freinage, un véhicule s'immobilise en dissipant son énergie cinétique sous forme d'énergie thermique. Comment cette énergie est-elle dissipée lors d'un choc ? Quelle est l'action des dispositifs destinés à limiter les effets de ces chocs sur les passagers ? Quelles sont les conversions d'énergie qui interviennent dans d'autres types de choc ?

1. Dissipation de l'énergie cinétique lors d'un choc frontal entre un véhicule et un obstacle fixe

a. Dissipation de l'énergie cinétique du véhicule

Un choc, comme un arrêt par freinage, provoque l'immobilisation du véhicule et donc la dissipation de son énergie cinétique initiale.

D'après l'expression de l'énergie cinétique (E_c =

mv²) la violence du choc dépend donc de la masse du véhicule.

La violence du choc dépend également de la vitesse initiale : plus la vitesse est élevée, plus le choc risque d'être destructeur et mortel.

Lors du choc, l'énergie cinétique du véhicule est dissipée :

en déformant le véhicule (déformation de la carrosserie, des éléments mécaniques, destruction du pare-brise, etc.) ;
en déformant l'obstacle percuté ;
en se transférant aux passagers (l'énergie cinétique des passagers est alors augmentée et le choc est rendu plus dangereux pour ces derniers).

b. Dissipation de l'énergie cinétique des passagers

Les passagers du véhicule étant en mouvement par rapport au sol, ils possèdent également une énergie cinétique qui doit être dissipée.

Cette dissipation se fait aussi par déformation :

des objets ou parties de la voiture avec lesquels ils rentrent en contact ;
des membres, organes, muscles, os du corps. Des déformations trop importantes peuvent provoquer des blessures, qui peuvent être mortelles.

2. Les dispositifs de sécurité

a. Déformabilité du véhicule

La partie avant du véhicule est conçue pour se déformer en cas de choc violent. Cette déformation est censée absorber le maximum d'énergie cinétique et empêcher un transfert d'énergie trop important au passager. L'habitacle de la voiture (partie où se trouvent les passagers) est quant à lui censé être le plus rigide possible et empêcher la pénétration de la partie avant qui se déforme.

b. La ceinture de sécurité

La ceinture de sécurité est destinée à absorber l'énergie cinétique du passager en cas de choc. Elle lui évite également d'être éjecté de la voiture ou projeté en avant.

Un choc trop violent peut provoquer de graves blessures au thorax mais le port de la ceinture de sécurité permet d'épargner chaque année de nombreuses vies.

Ceinture de sécurité.

c. L'airbag

Il s'agit d'un système de sécurité qui peut être disposé en différents endroits de l'habitacle d'une voiture et qui est équipé d'un détecteur de choc. Lorsqu'il se déclenche, du gaz est injecté très rapidement dans un sac qui se gonfle, afin d'amortir le choc du passager.

L'énergie cinétique de ce dernier est principalement absorbée par déformation de l'air-bag. Un de ses avantages est de dissiper l'énergie sur une surface plus grande que la ceinture de sécurité, limitant ainsi le risque de blessure.

Air-bag sortant du volant.

3. Autres exemples de chocs

a. Chute d'une météorite

Lorsque qu'une météorite rentre dans l'atmosphère, elle est portée à haute température par les frottements de l'air : son énergie cinétique est dissipée sous forme d'énergie thermique.

Les plus petites se désagrègent complètement et se consument, mais les plus grosses rentrent en collision avec le sol, et l'énergie cinétique restante est dissipée par déformation de la météorite (qui explose) et du sol (éjection de matière et formation d'un cratère), ainsi que sous forme thermique.

b. Choc entre des boules de billard

Lorsqu'une boule de billard est projetée vers une autre boule immobile, cette dernière est mise en mouvement.
Lors du choc, il y a donc transfert d'énergie cinétique de la première boule vers la deuxième.

L'essentiel

Lors du choc d'une voiture avec un obstacle, l'énergie cinétique initiale doit être dissipée.

Les conséquences du choc dépendent de l'énergie cinétique : sa violence est d'autant plus importante que la masse et la vitesse sont élevées.
Lors d'un choc, l'énergie cinétique du véhicule est dissipée par déformation de l'obstacle, du véhicule et transfert aux passagers.
L'énergie cinétique des passagers est dissipée par déformation des objets avec lesquels ils rentrent en contact, ou par déformation du corps des passagers.

Les dispositifs de sécurité sont destinés à protéger les passagers et à dissiper l'énergie cinétique sans provoquer de blessures.

La déformabilité de la partie avant de la voiture favorise la dissipation de son énergie cinétique.
La ceinture de sécurité et l'airbag permettent de dissiper l'énergie cinétique du passager.

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