Du cheval de trait à la puissance d’une fusée

Comparatif Puissance cheval fusée

 

Vous aimez les bêtes ? Vous aimez les chevaux ? Eh bien vous aimeriez sans-doutes savoir combien il faudrait de bon gros chevaux de trait pour atteindre la puissance d’une fusée. Il en faudrait 250 millions pour propulser la fusée Saturn V qui a amené les premiers Hommes sur la Lune. Ou bien 860 avions gros porteurs Airbus A 380 ou encore la puissance de 2 millions de voitures de série. Bon bon, il n’y a pas assez de place sur le pas de tir, on va plutôt opter pour du propergol (un carburant des fusées).

 

Les Lecons de choses - Ordres grandeur des puissances en watts

Note : pour une grosse bombe atomique, comme la réaction se fait beaucoup plus vite qu’une seconde (un millionième ou moins), l’énergie dégagée est énorme, mais rapportée/moyennée à la seconde ce n’est plus aussi impressionnant, c’est environ en « puissance » équivalent à notre bonne vielle fusée. Par contre un gros tremblement de terre c’est 100 millions de fois la puissance de Saturn 5, qui est déjà colossale.

 

Alors qu’est-ce que la « puissance » ?!?

 

Du calme du calme, commençons par le commencement.

Déjà parlons de la vitesse. La vitesse en physique mesure une « Ã©volution » par rapport aux temps. Dans le cas particulier de la « cinématique * », la vitesse est une mesure de la distance parcourue par rapport au temps. Elle va classiquement s’exprimer en mètres par secondes (m/s) en unités du système international, mais pour les voitures par exemple on utilise plutôt des kilomètres par heure. C’est disons moins académique, mois « sciences physiques » que les mètres secondes (m/s).

* La cinématique – du grec kinêma, le mouvement – c’est l’étude du mouvement.

 

L’accélération quand à elle représente la variation de la vitesse d’un mouvement par rapport au temps.
Exemple : si je passe de 0 à 100 km/h (soit environ 28 m/s) en 4 secondes, l’accélération moyenne pendant ces 4 secondes est de [(28 – 0) / 4 = 7 m/s² ].

C’est une vitesse, donc une distance par unité de temps en m/s, divisée par des secondes. L’accélération s’exprime donc en (m/s)/s donc en m/(s × s) donc en (m/s²).

 

Allez et puisqu’on est bien « lancés » on va définir une force : une force c’est une interaction capable d’imposer une accélération.

Exemple : quand vous tirez un coup franc, votre pied va interagir avec le ballon (en le poussant dans ce cas) et il va lui imposer une accélération, qui va 1/ le déformer et 2/ le faire passer d’une vitesse nulle à celle d’un missile pleine lucarne :) – au départ le ballon est statique au sol dans le référentiel du terrain de foot, donc sa vitesse est nulle, et il est bien rond tout tranquille.

Une force s’exprime en « newtons » (N), et 1 newton (avec un « n » minuscule quand on l’écrit en entier, car c’est une unité et pas un nom propre. Seule la version abrégé « N » prend la majuscule) je disais donc 1 newton c’est par définition la force capable d’imposer une accélération de 1 mètre par second à une masse de 1 kilogramme (1 kilo quoi). Il s’exprime donc en (kg.m/s²).

Mathématiquement on la représente sous forme de « vecteurs » (les flèches sur le schéma ci-dessous) dont on peut faire la somme pour obtenir la force « résultante » qui au global va « tracter » notre objet.

 

les_lecons-de-choses-decomposition_force_vecteur

 

Tout ça c’est très cool mais ça va nous servir à quoi pour parler de « puissance » ? Roooooh soyez un peu patients, déjà ça va nous servir à parler d’énergie.

 

L’énergie s’exprime en joules (J). En mécanique elle mesure le travail d’une force qui produit un mouvement (on appelle ça une force « motrice » quand elle produit un mouvement). Plus la force déplace une masse importante sur une grande distance, plus on dit qu’elle travaille. Ben oui plus c’est lourd plus c’est loin plus elle bosse la force. Bon ceci dit il n’y a pas qu’en mécanique qu’il y a de l’énergie. La quantité de chaleur aussi par exemple c’est de l’énergie, et pareil on la mesure en joules.

Vous connaissez certainement une autre unité d’énergie : la calorie, très utilisée en nutrition. Vous connaissez sa définition ? Tenez vous bien :) : une calorie c’est la quantité de chaleur nécessaire pour élever un gramme d’eau dégazée de 14,5 °C à 15,5 °C sous pression atmosphérique normale… ussss.

Bon allez revenons à la mécanique.

La joule c’est le travail que doit fournir une force motrice de 1 newton, pour déplacer de 1 mètre le point où cette force s’applique en moyenne sur un objet, dans la direction de cette force, lorsque cet objet a une masse de 1 kilogramme. Son unité est donc de 1 newton par mètre, soit 1 N.m, soit (kg.m²/s²).

 

Yes ! Nous arrivons enfin à la puissance !

 

En physique, la puissance c’est la quantité d’énergie, par unité de temps, fournie par un système à un autre. C’est un débit d’énergie, donc de l’énergie par seconde, son unité est donc (kg.m²/s²/s) soit (kg.m²/s³). Mais en général on parles de watts (W).

Le watt c’est la puissance d’un système énergétique dans lequel une énergie de 1 joule est transférée uniformément pendant 1 seconde.

Voila, vous savez maintenant de quoi vous parlez (en tout cas en physique) quand vous parlez de puissance !

 

Et les « chevaux » de ma caisse alors ?

 

Allez pour conclure, on va parler d’une autre unité de puissance très utilisée en automobile : le cheval vapeur (ou cheval tout court), noté « ch ». Oui pour la puissance d’une voiture en général on vous parle de chevaux. Eh bien un cheval vapeur vaut 735,5 watts.

Bon le cheval vapeur n’est pas une unité du système international en physique, il existe surtout pour des raisons historiques, vu que le cheval à longtemps été LA façon en Europe (et ailleurs) de tirer des charges. On a donc exprimé les puissances des premières machines à vapeur en « Ã©quivalent chevaux ».

Sauf que… sauf que… 735 watts c’est moins que la puissance d’un coureur humain qui sprinte… vous ne trouvez pas ça bizarre ? L’Homme plus balaise que le cheval ?!? Noooooope. L’explication vient du fait que les 1000 watts du sprinter sont un maximum chez l’homme, quand on sprinte on est à fond ! Or quand on a défini la puissance du cheval, on a pas pris son max., mais sa charge habituelle de transport, en général autours de 75 kilogrammes (le poids moyen d’un homme à l’époque) levés sur 1 mètre en 1 seconde.

À ne pas confondre avec le cheval fiscal noté « CV » (comme pour la 2 chevaux de Citroën, la deudeuche, la 2 CV) qui n’a rien à voir avec la puissance réelle de votre voiture (même si c’était un peu corrélé). Le cheval fiscal indique juste de combien vous allez être taxé en fonction de la puissance de votre voiture. Aujourd’hui il correspond surtout (depuis 1998 en France en tout cas) au niveau de pollution de votre voiture. Plus vous polluez, plus vous payez !

La deudeuche faisait de 9 à 29 ch en terme de puissance, et pour l’anecdote, dans le cahier des charges de la 2 CV, elle devait pouvoir traverser un champ labouré avec un panier d’Å“ufs sans en casser un seul :). Comme on dit : « Autres temps, autres mÅ“urs ».

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