10 Exercices corrigés – Freins Mécaniques
Sciences d’Ingénieur – 2ème BAC STE
Exercice 1 : Calcul d’énergie cinétique
Un volant d’inertie (J = 2,5 kg.m²) tourne à 1800 tr/min. Calculer l’énergie cinétique à dissiper pour l’arrêter complètement.
Exercice 2 : Frein à disque
Un frein à disque (μ = 0,4) utilise 2 plaquettes exerçant chacune 500 N sur un disque de 300 mm de diamètre. Calculer le couple de freinage.
Exercice 3 : Temps de freinage
Un moteur (J = 0,8 kg.m²) tourne à 1500 tr/min est freiné par un couple constant de 25 Nm. Calculer le temps nécessaire pour l’arrêter.
Exercice 4 : Échauffement
Un frein en acier (m = 3 kg, c = 500 J/kg·K) dissipe 30 kJ. Calculer l’élévation de température si 60% de l’énergie est absorbée par le frein.
Exercice 5 : Frein à tambour
Un frein à tambour (R=200 mm) a 2 mâchoires avec μ=0,35. La force hydraulique est 800 N par mâchoire. Calculer le couple.
Exercice 6 : Frein électromagnétique
Un frein à courant de Foucault dissipe 5 kW à 1000 tr/min. Calculer le couple de freinage.
Exercice 7 : Distance d’arrêt
Un véhicule (1200 kg) roule à 72 km/h. Les freins génèrent 6000 N de force. Calculer la distance d’arrêt.
Exercice 8 : Frein de sécurité
Un ascenseur (masse 1000 kg) descend à 1 m/s. Le frein doit l’arrêter en 0,5 m. Calculer la force requise.
Exercice 9 : Choix de matériau
Comparer pour un frein à disque :
- Acier (μ=0,4, Tmax=300°C)
- Céramique (μ=0,6, Tmax=800°C)
Exercice 10 : Étude complète
Un treuil soulève 800 kg à 0,6 m/s. Le tambour (Ø400 mm) est freiné par un frein à disque (μ=0,45) avec 2 plaquettes de 600 N chacune.
- Calculer le couple nécessaire pour arrêter la charge en 0,5 m
- Vérifier si le frein est suffisant
Ces exercices couvrent les compétences clés du référentiel sur les freins mécaniques.
