Zone d’entraide

ChevreuilFantastique8791

Chez moi, je fabrique des robots à l'aide de moteurs interrupteurs et de batterie 🔋. J'éssais de faire rouler les robots mais souvent les moteurs ne sont pas assez puissants ou le robot est trop lourd. Je doit alors tout recommencer. Pour mesurer la force d'un moteur ma grand mère ma alors montrée la formule F=ma (force=masse x accélération ) la masse je peu la trouver. Par contre, pour l'accélération je doit faire la force divisée par la masse mais je ne connait pas la force. Aussi si je trouve mon accélération comment je convertie des km/h avec des kg? Quelle est l'unité de mesure pour mesurer la force? Pour la masse, je pèse le robot ou le moteur? Si je trouve la force du moteur, comment je sais si il peu faire rouler mon robot?

J'espère trouver des réponse à mes question bientôt!🤞😊

PythonJaune7060

Salut ChevreuilFantastique8791, tout d'abord je te félicite pour ta curiosité, tes questions sont poussées pour le niveau primaire (et même secondaire) donc ne te décourage pas si tu rencontres des problèmes pendant tes projets! Je vais essayer de t'éclairer un peu sur les différents points que tu as soulevé.

1) L'accélération

En fait, comme tu veux connaître la force dans F=ma, tu dois toi même poser ou connaître la masse et l'accélération. Pour trouver l'accel, tu dois décider quelle vitesse aura ton robot et en combien de temps il atteindra cette vitesse, puis tu peux te servir de cette formule:

\(accel = \frac{V}{t}\)

où V est la vitesse maximum de ton robot et t est le temps qu'il prendra pour l'atteindre. Je te conseille de choisir une vitesse assez basse et un temps assez long pour que tu trouves des moteurs pas trop chers ;) . De plus, pour utiliser cette formule, la vitesse doit être en mètres/seconde [m/s] et le temps en secondes [s]. Tu peux convertir des [km/h] en [m/s] en divisant par 3.6 (exemple: 30km/h = 8.33m/s).

En respectant ces unités ([m/s] pour la vitesse et [s] pour le temps), tu obtiendras l'accélération de ton robot en [m/s^2] (mètres par seconde carrées).

2) Les unités de F=ma

La force est mesurée en Newtons [N], 1N correspond à la force nécessaire pour faire passer une masse de 1kg du repos à 1m/s de vitesse en 1 seconde. D'un point de vue dimensionnel (qui a rapport aux unités) \(1N = 1kg * 1\frac{m}{s^2}\)

Si ton accélération est bien en m/s^2 et ta masse en kg, tu n'as pas besoin de faire plus de conversions car tu trouveras des newtons en les multipliant!

3) Trouver la masse

Tu dois peser le tout donc le robot+le(s) moteur(s). F=ma te permettra de trouver la force qui doit être appliquée sur un élément de masse m pour l’accélérer avec un accel a, tu veux faire accélérer tout ton robot donc tu dois connaître sa masse totale!

4) Points par rapport à F=ma

Si tu veux en apprendre plus sur cette formule, tu peux faire des recherches sur la deuxième loi de Newton. Ici, tu peux en effet l'utiliser pour déterminer la force que doivent appliquer tes moteurs. Si jamais tu as plusieurs moteurs, tu devras diviser la force trouvée par le nombre de ceux-ci étant donné que chacun des moteurs partagera la force à appliquer. En d'autres mots, si tu trouves que ta force doit être de 50N, mais tu as 2 moteurs qui aident à avancer, chacun des moteurs doit juste fournir 25N en fait.

5) Comment savoir si c'est assez?

Tu poses une bonne question d'ingénierie! Sans rentrer trop dans le détail, F=ma te permet de trouver seulement une partie de la force réellement nécessaire, car elle imagine un cas idéal dans un plan horizontal. Techniquement il y a des pertes et cas limites à considérer donc ta force réelle nécessaire sera certainement plus haute. Pour ne pas plus compliquer les calculs, je te conseille de prendre la force que tu trouves avec F=ma et la multiplier par 1.2, ça te donnera une marge de sûreté afin de compenser pour les imprécisions de la vie réelle.

6) (supplémentaire) La suite?

Bon avec tout ça tu devrais pouvoir trouver la force que doit appliquer un de tes moteurs. Par contre, les moteurs ne sont pas vendus selon la force, mais plutôt selon le torque (en français le couple) qu'ils produisent. Le torque c'est une force appliquée à une certaine distance,

\(Torque = Force*Distance\)

Dans ton cas, pour trouver le torque requis la distance que tu dois utiliser est le rayon de tes roues. Dans l'image que j'ai attaché tu verras que le F trouvé s'applique au sol et le Torque est appliqué autour de l'axe de rotation de ta roue, la distance D correspond donc au rayon.

7) Conclusion

C'est ainsi que se conclut la réponse la plus longue que j'ai jamais écrite sur ce site. Encore une fois, bravo pour ta curiosité! Tu es entrain d'aborder des concepts assez avancés donc j'espère avoir pu t'aider un peu. N'hésite surtout pas si tu as d'autres questions et bonne continuation!