Conduire à l'envers pourrait être plus facile qu'il n'y paraît

Image d'une voiture de course sur une piste, tournée pour apparaître à l'envers. Spencer Davis | Unsplash

La question de savoir si une voiture peut rouler à l'envers, le long du toit d'un tunnel, par exemple, fascine les ingénieurs et les passionnés de conduite depuis des décennies. L'astuce est certainement possible dans certaines circonstances, et il existe de nombreuses analyses explorant les différentes forces impliquées. En effet, on demande souvent aux élèves de calculer ces forces à titre d'exercice.

Il est donc facile d'imaginer que la question a été explorée à fond; qu'il ne peut y avoir de nouvelle méthode pour résoudre le défi. Pas assez.

Aujourd'hui, Fernando Dall'Agnol et ses collègues de l'Université fédérale de Santa Catarina au Brésil ont découvert une toute nouvelle façon de penser à ce problème qui a été en quelque sorte négligé jusqu'à présent. Cette solution est mathématiquement simple, mais elle n'a pas été décrite dans la littérature; pas même dans les films ou les jeux, disent-ils.

Leur approche présente des avantages significatifs par rapport aux autres. Il existe une solution pour la dynamique d'une voiture de cascade, qui peut la maintenir à l'envers dans une piste circulaire, pas pendant une fraction de seconde, mais indéfiniment, disent Dall'Agnol et co. Ils le démontrent même avec une petite voiture.

Tout d'abord un peu de contexte. Une façon de conduire à l'envers consiste à utiliser les forces aérodynamiques. Les voitures de Formule 1, par exemple, ont des ailes avant et arrière, qui génèrent une force qui les appuie sur la route. Quelques calculs au dos d'une enveloppe montrent que ces véhicules hautes performances généreraient suffisamment d'appui pour les maintenir sur le toit d'un tunnel à des vitesses relativement faibles d'environ 140 miles par heure. (Cependant, il y a un débat sur la question de savoir si les moteurs continueraient à fonctionner dans ces conditions.)

Il existe une autre force qui peut retenir une voiture sur la route : la force centripète. De nombreux casse-cou ont conduit des voitures sur des pistes en boucle où le véhicule est momentanément à l'envers, maintenu contre la piste par ces forces.

Un effet similaire se produit dans les démonstrations de cirque du mur de la mort. Ici, un véhicule circule sur une piste circulaire avec des murs à 90 degrés. À des vitesses suffisamment élevées, il génère suffisamment de force centripète pour le plaquer contre la paroi verticale, où le frottement l'empêche de tomber. Les forces en présence sont simples à analyser.

Mais Dall'Agnol and co pousse l'effet encore plus loin. Ils demandent ce qui se passerait sur les murs avec un angle supérieur à 90 degrés. La question qu'ils étudient est de savoir dans quelle mesure l'angle peut être plus grand tout en maintenant le mouvement circulaire d'une voiture. Nous appelons les pistes avec des angles d'inclinaison supérieurs à 90 degrés une piste inversée, disent-ils, ajoutant que cette situation semble n'avoir jamais été étudiée.

L'analyse est simple. L'équipe a développé les équations qui régissent les forces impliquées et a montré qu'il est possible pour une voiture de rouler plus ou moins indéfiniment sur une piste inversée, inclinée jusqu'à 150 degrés, même sans forces aérodynamiques pour l'aider.

Par exemple, à un angle d'inclinaison de 135 degrés, une voiture devrait rouler à près de 200 mph pour rester sur la piste. Évidemment, une aérodynamique favorable change les calculs. Avec une force d'appui aérodynamique suffisante, il est possible de rouler sur des pistes de n'importe quelle inclinaison, disent Dall'Agnol et co.

L'équipe a même mis l'idée à l'épreuve avec une petite voiture sur une piste circulaire inversée. Au lieu de conduire la voiture autour d'une piste stationnaire, ils ont fait pivoter toute la piste, gardant la voiture stationnaire par rapport à la route. Nous profitons de cette équivalence car il est beaucoup plus facile de faire tourner toute la piste plus le jouet que de faire une petite voiture électrique fonctionnelle pour rouler sous une piste inversée, disent-ils.

En effet, ils n'ont pas besoin de toute la piste car la voiture est immobile par rapport à celle-ci. Ils utilisent donc une courte section de piste recouverte de papier de verre pour maximiser le frottement avec les roues de la voiture. Ils l'attachent à un angle inversé à une roue de bicyclette horizontale qui peut être tournée avec la voiture maintenue en place par un aimant. Lorsque la roue tourne à une certaine vitesse, l'aimant s'envole, laissant la voiture appuyée contre la piste. Vous pouvez voir une vidéo de leur expérience ici.

Cela soulève la question évidente de savoir si une telle astuce pourrait être réalisée pour de vrai. Dall'Agnol and co proposent une piste circulaire en forme d'intérieur de beignet. Cela permet au conducteur de passer relativement lentement à la position à l'envers et d'y rester aussi longtemps que nécessaire. Une telle conception est relativement sûre, car si la vitesse descend en dessous du minimum requis, la voiture devrait simplement glisser sur la piste plutôt que de tomber. Donc, si jamais la vitesse tombe en dessous de [la vitesse minimale], le pilote ne chutera pas la tête la première, disent-ils.

Il existe cependant divers autres problèmes pratiques à résoudre. Par exemple, tout moteur à combustion interne devrait être modifié pour s'assurer qu'il ne se bloque pas. C'est certainement possible - les moteurs d'avion fonctionnent à l'envers avec facilité. Et des choses comme le système de liquide de freinage devraient être modifiées pour assurer un écoulement fluide à l'envers.

Mais ce sont des modifications simples. En effet, un véhicule électrique pourrait être encore plus facile à modifier pour un voyage à l'envers.

C'est un travail fascinant qui ne manquera pas de susciter l'intérêt des têtes d'essence - euh, des têtes électriques - du monde entier. Pour cette raison, il ne manquerait pas de bénévoles pour conduire un tel véhicule. L'ingrédient manquant est simplement un sponsor avec assez d'argent pour payer la démonstration. Quelqu'un a-t-il dit Red Bull ?

Réf : arxiv.org/abs/1905.03825 : Conduite à l'envers sur une piste circulaire

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