Cet article fait partie du DOSSIER consacré à la force.

Automobile, Cycles et motocycles

 Chacune des combinaisons d'engrenages d'une boîte de vitesses ; chacun des rapports de démultiplication de cette boîte.

Physique

 Vitesse moyenne, vitesse calculée entre deux instants t₁ et t₂ séparés par une durée finie.

La puissance d'un moteur à combustion interne est fonction de sa vitesse de régime. La plage de régimes dans laquelle il est utilisé au mieux du couple moteur maximal qu'il peut développer est obtenue en interposant un changement de vitesse entre l'arbre moteur et les arbres de roue. Ce mécanisme comporte généralement quatre ou cinq rapports de marche avant et un rapport de marche arrière.

Le changement de vitesse mécanique est du type à baladeurs. Il comporte un arbre primaire, solidaire du moteur par l'intermédiaire de l'embrayage, et un arbre secondaire relié aux roues motrices. On intercale, en parallèle, un arbre intermédiaire, la prise directe exigeant que les deux arbres soient dans le prolongement l'un de l'autre. Enfin, un arbre intermédiaire assure la marche arrière. Le levier de changement de vitesse sélectionne le baladeur, qui est verrouillé sur un engrenage de l'arbre intermédiaire, assurant la prise avec l'arbre moteur.

De nombreux perfectionnements ont été apportés au changement de vitesse. La synchronisation amène à même vitesse les deux engrenages qui doivent venir en prise. Les engrenages à taille hélicoïdale, toujours en prise, assurent le silence. On tend de plus en plus vers les solutions automatiques, soit hydrauliques, soit mécaniques, avec ou sans régulation électronique.

Généralités

La vitesse est une notion fondamentale en physique, et en particulier en mécanique. La vitesse s'exprime sous forme d'un vecteur, objet mathématique caractérisé par une direction, un sens, une norme et un point d'application. La direction et le sens de ce vecteur définissent l'orientation de la vitesse, tandis que la norme, que l'on appelle simplement vitesse, représente son intensité.

La vitesse s'exprime, selon le Système international d'unités, en mètres par seconde, de symbole m/s. Toutefois, dans la vie courante, on emploie plus souvent le kilomètre par heure (km/h) – prononcé « kilomètre-heure » par abus de langage – qui est l'unité de vitesse utilisée notamment par l'industrie automobile.

Vitesses numériques moyenne et instantanée

Soit un mobile allant de M₁ à M₂ entre les instants t₁ et t₂, en décrivant une courbe C de longueur s entre M₁ et M₂. La vitesse du mobile sur la trajectoire a pour valeur  ; c'est un nombre représentant la vitesse numérique moyenne entre t₁ et t₂. Lorsque l'intervalle de temps t₂ − t₁ tend vers zéro, on obtient la vitesse numérique instantanée, égale à la dérivée de la longueur de C par rapport au temps : v = d s/d t.

Vecteurs vitesses moyen et instantané

On introduit par ailleurs un vecteur vitesse moyen entre t₁ et t₂ : , dont la limite, lorsque t₂ − t₁ tend vers zéro, est le vecteur vitesse instantané. C'est ce dernier qui intervient dans les lois de la dynamique. On montre que c'est un vecteur tangent à la trajectoire, et dont la norme est égale à la vitesse numérique instantanée.

Vitesse et accélération

Vitesse et accélération sont deux notions intimement liées puisque l'accélération d'un corps est égale à la dérivée de son vecteur vitesse par rapport au temps.

Par ailleurs, la vitesse v d'un corps soumis à une accélération constante est v = a t et la distance D parcourue est D = a t²/2.