Leçon 9 : Le rayon de courbure (théorie)

Le rayon de courbure, voilà l'objet qui nous a intéressé aujourd'hui. L'idée est de jouer sur les différents paramètres influant sur ce fameux rayon de courbure : la vitesse et l'inclinaison.

Intuitivement, en voiture, plus le virage est serré, plus on devra ralentir, sous peine d'être déporté à l'extérieur du virage. Ainsi plus la vitesse est importante, plus le rayon de courbure semble elevé.

Que se passe-t-il mécaniquement parlant ? Postulat de départ : tout objet en mouvement dont la trajectoire n'est pas rectiligne, subit une accélération normale (centrifuge, qui pousse donc l'objet vers l'extérieur du virage) égale au carré de la vitesse divisé par le rayon du virage.

Afin que l'objet reste sur une trajectoire circulaire il faut donc appliquer une force centripète afin de contrer la déportation centrifuge .

Prenons l'exemple du lanceur de marteau. Initialement, la vitesse du projectile est nulle, l'athlète n'a aucun mal à le mettre en mouvement. Il va ensuite tourner de plus en plus vite. Au fur et à mesure que l'athlète va donner de la vitesse au marteau, la force centrifuge (ou « accélération normale ») va être de plus en plus importante. Le lanceur devra fournir une effort de plus en plus important pour ne pas lâcher le marteau et donc conserver ce mouvement circulaire. Au moment où il va lâcher, l'objet aura toujours sa vitesse, mais ne subira plus aucune contrainte et va soudainement sortir de sa trajectoire circulaire pour filer tangentiellement au cercle...

En voiture, la force qui contre l'accélération normale est l'adhérence des pneus. Que l'on aille à 20 ou 30 km/h dans un virage, la trajectoire de la voiture sera la même, car les pneus vont annihiler la force centripète. En revanche, passée une certaine vitesse trop importante, la force centripète est telle que l'adhérence des pneus ne suffit plus et la voiture dérape.... Voilà pourquoi la voiture « chasse » si on va trop vite dans les virages !!

En avion, on ne dispose d'aucun garde fou pour contrer cette force centrifuge et le résultat sera une rayon de courbure plus ou moins important.

Concernant l'inclinaison, .plus l'avion sera incliné, plus le rayon de courbure sera faible, tout comme en voiture, plus on tourne le volant et plus le virage sera serré.