Science de la vitesse – Innovations techniques dans le domaine du sport automobile

Science de la vitesse – Innovations techniques dans le domaine du sport automobile

La vitesse est une grandeur mesurable qui mesure la distance parcourue en fonction du temps. On parle de vitesse uniforme lorsque des objets se déplacent à intervalles égaux pendant des durées égales.

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La science joue un rôle indispensable dans tous les sports, y compris ceux axés sur la vitesse. De NASCAR à Velosport, les athlètes humains poussent la science à ses limites lorsqu’ils concourent pour obtenir ces précieux dixièmes ou centièmes de secondes qui peuvent faire la différence entre la victoire et la défaite.

1. L’aérodynamisme d’un vélo

Les cyclistes se heurtent à la résistance de l’air qui les ralentit et leur fait perdre de l’énergie pendant leurs sorties, mais cette résistance peut être réduite en optimisant l’aérodynamisme de la bicyclette – bien que ce soit une tâche complexe car la résistance de l’air dépend de divers éléments de sa forme et de sa géométrie.

À la fin du XIXe siècle, des modèles mathématiques représentant les forces agissant sur les cyclistes sont apparus et ont démontré l’effet considérable de l’aérodynamique du vélo sur les performances. Au tournant du XXe siècle, ces concepts ont été pleinement intégrés dans la conception et l’équipement des vélos : cadres monocoques, barres aérodynamiques et enveloppes profilées pour les roues.

La traînée de pression est le principal facteur de traînée entre le cycliste et le vélo. Pour la réduire, il faut minimiser les frottements entre l’écoulement de l’air et les parties du corps du cycliste en augmentant la rugosité de la surface ou en créant un écoulement avec des caractéristiques turbulentes (par exemple, des surfaces alvéolées). En outre, les gradients de vitesse de l’écoulement jouent également un rôle important dans les forces aérodynamiques.

2. La conception d’une bicyclette

La conception d’une bicyclette peut être un processus complexe. Les ingénieurs s’efforcent de trouver un équilibre entre différents aspects, notamment le poids, la résistance et l’aérodynamisme, tout en soutenant les cyclistes à des vitesses élevées.

Outre la conception mécanique, il est également essentiel de tenir compte de l’expérience et des préférences des cyclistes lors du choix d’un cadre de vélo. Certains cyclistes préfèrent les cadres rigides, tandis que d’autres apprécient les cadres plus souples.

Les concepteurs s’efforcent donc de répondre aux besoins des différents cyclistes en utilisant divers matériaux et composants. Certains fabricants utilisent des tubes allongés dans leurs cadres afin de réduire la traînée. En outre, leurs formes peuvent être modifiées en fonction de leur objectif afin de rendre les vélos plus aérodynamiques, plus résistants ou plus légers, selon les souhaits des clients, ou d’ajuster la géométrie en fonction de la morphologie et du style de conduite, créant ainsi des vélos personnalisés uniques pour chaque client.

3. La mécanique d’un vélo

Un vélo est une machine complexe conçue pour convertir l’énergie humaine en mouvement. Ses composants comprennent le cadre, les roues, les freins, les vitesses et les pédales, tandis que son mouvement est contrôlé par des forces variant avec la vitesse, telles que les forces de freinage ou d’accélération ; en outre, la gravité exerce une traction sur l’ensemble des masses, ce qui donne un élan vers le bas pour le déplacement.

Les cyclistes peuvent modifier la distance parcourue à chaque coup de pédale en modifiant leur rapport de vitesse. Les vitesses inférieures nécessitent généralement plus de puissance pour couvrir des distances similaires à celles des vitesses supérieures, chaque rapport étant déterminé par le nombre de dents du plateau avant ou du pignon arrière.

Le choix du rapport approprié peut faciliter l’ascension de pentes raides et la traversée de terrains accidentés, tout en réduisant le nombre de coups de pédale pour parcourir une distance donnée, ce qui permet de rouler plus efficacement. Les mécaniciens cyclistes jouent un rôle essentiel en veillant à ce que les vélos aient un rapport de vitesse approprié et soient en bon état de marche.

4. Les matériaux d’un vélo

Le cadre est le pilier de toute bicyclette et a donc longtemps été au centre des innovations techniques dans le domaine du sport cycliste. Les cadres modernes peuvent être fabriqués à partir de différents métaux, chacun offrant ses propres avantages et inconvénients ; l’aluminium et le titane sont des choix populaires, tandis que la fibre de carbone s’est également répandue au fil du temps.

La rigidité est la pierre angulaire des cadres de vélo ; plus le cadre est rigide, plus il roule vite. Malheureusement, une plus grande rigidité s’accompagne d’un poids supplémentaire ; en règle générale, les cadres rigides ont tendance à peser plus lourd.

L’acier a longtemps été utilisé comme matériau de prédilection pour les cadres de bicyclettes, et il le reste encore aujourd’hui. L’acier offre une grande résistance et une grande durabilité à un coût économique, tout en étant facile à travailler. L’acier, sujet à la corrosion, nécessite un revêtement protecteur ; d’autres matériaux, comme l’aluminium et le titane, sont plus coûteux mais plus difficiles à travailler ; ils offrent tous deux une résistance à la corrosion mais ne sont pas aussi solides ou durables.

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