Quantité de mouvement!

[EspritTordu]

Bonjour,


Encore une question au sujet de la quantité de mouvement...

Toutes les propulsions "sans appui" qu'on trouve dans les avions, les sondes et autres satellites spatiaux sont toutes, semble-t-il, basées sur le principe de Newton de réaction et celui de l'obligation de céder une quantité de mouvement à l'environnement pour pourvoir avancer.

il y a souvent une image pour décrire le principe des fusées : on considère une mer d'huile, où il n'y pas la moindre vague possible, au milieu, vous vous trouvez dans une barque remplie de charges amovibles, disons des tonneaux de masse de masse égale. Votre barque est immobile. Mais si il vous prend à l'idée de jeter par dessus bord ces tonneaux, le plus rapidement possible, alors votre barque avancera dans le sens inverse où vous envoyer les tonneaux. La barque s'allège d'autant que vous lachez la masse des tonneaux à l'eau.

Maintenant, je me pose la question si on ne peut pas avancer avec un principe basé sur l'attraction au lieu de la réaction: voyez plutôt, je reprends l'image de la barque (c'est plus facile pour expliquer...) :
C'est la même scène que précédemment, si ce n'est que la barque est vide de tonneau, de masse à jeter par dessus bord, à la mer. Cette fois-ci, il y a une autre barque identique, de masse similaire, au loin. Si je lui jette une corde dont la masse est nulle (je me le permets dans cette expérience de pensée)). Si les deux barques sont liées et que je tire dessus la corde, alors que je suis dans la première barque, les deux barques ne se seront-elles pas déplacées de la moitié de la distance qui les séparaient? Autrement formulé, ma barque aurait avancer d'une distance d/2 si d était la distance initiale qui séparait les deux barques?

Finalement, j'ai déplacé je pense ma barque et elle n'a pas plus de vitesse et d'accélération.

Mais c'est vrai que si la distance entre les deux barques n'est pas infinie, tout comme la corde qui la relie (la force d'attraction), le déplacement est limité. J'ai pensé alors à cela. Soit le système suivant : une barre sur AB dont à l'extrémité A se trouve enfilé, comme des perles, une masse m qui peut se mouvoir idéalement sur le segment AB. A l'extrémité opposée se trouve un attracteur (petit diront certains...), non lié cependant au segment AB au niveau de B. L'attracteur, le segment AB et les masses forment bien un tout. L'attrateur est relié mécaniquement au segment AB par une liaison pivot, qui permet à la barre AB de tourner sur elle même, faisant passer devant l'attracteur le point A et le point B succesivement.
Dans mon scénario, la masse m en A est attiré vers B par l'attracteur. L'ensemble de l'engin avance pour moi... Lorsque m arrive en B et que les chocs sont amortis par la force attractive continue, l'attrateur se coupe et on réinitialise le cycle en faisant pivoter AB de manière que m, qui se trouve sur maintenant B laisse place au point A à coté de l'attracteur : on se retouve dans la situation initiale où B à pris la place de A. On a donc un segment BA où du côté B se trouve une masse m, et du côté A se trouve, non lié, l'attracteur..... on recommence.
il faut ajouter que pour compenser le moment cinétique du pivot, il faut envisager de doubler le système par un autre système jumeau, où la rotation du pivot se ferait en sens inverse.


Alors j'en arrive à ma question : Est-ce que si on dispose d'une source d'énergie embarquée infinie assurant le fonctionnement du système, on a un engin qui se déplace infiniment? ou alors vibre-t-il seulement? Peut-on avoir un mouvement sans céder une quantité de mouvement?

Merci d'avance pour vos avis.

[Finrod]

Ce qui est bien quand on cede une petite quantité de mvt c'est que souvent aussi on cede de la masse (Cf l'equa diff de la fusé photonique en relativité restreinte).
Euh j'ai pas bien compris le deuxieme exemple

[calculair]

Tu peux tourner ton problème dans tous les sens, si tu considères le centre de gravité de toutes les masses de ton système , quand tu les deplaces les masses le centre de gravite ne bouge pas.

Si ton système comprends 2 masses, et comme l'action = la reaction les 2 masses se deplaceront l'une par rapport à l'autre, mais le centre de gravite des 2 masses reste immobile

[Aroll]

Bonjour,
Acte 1: L'attracteur communique une certaine quantité de mouvement à la masse m, en réaction l'ensemble de "l'engin" se déplace légèrement en direction de la masse m.
Acte 2: arrivée en B la masse m doit être arrêtée d'une manière ou d'une autre, et même si l'arrêt est amorti, cela signifie que la masse m a rendu l'intégralité de la quantité de mouvement qui lui avait été communiquée par l'attracteur, ce qui provoque l'arrêt total de "l'engin" (équivalence exacte des normes des quantités de mouvement de l'engin et de la masse coulissante mais sens inverse).
Acte 3: "Extinction" de l'attracteur et rotation de la barre pour ramener la masse m loin de l'attracteur; malgré la trajectoire incurvée, c'est exactement équivalent au renvoi de la masse m à l'autre bout de la barre, ce qui provoque, en réaction, un déplacement de l'ensemble de l'engin dans l'autre sens, donc cette fois... en arrière.
Acte 4: arrêt de la rotation de la barre pour positionner la masse m à l'opposé de l'attracteur. Cet arrêt est une décélération qui restitue l'intégralité de la quantité de mouvement, acquise par la masse m pendant le demi tour, à l'ensemble de l'engin, provoquant l'arrêt total du mouvement de recul (encore équivalence exacte des normes des quantités de mouvement de l'engin et de la masse coulissante mais sens inverse).
L'engin est de nouveau à l'arrêt, et un calcul fin montrerait que l'engin est, après son "aller et retour", revenu exactement au même endroit qu'au départ.
Il est impossible d'échapper au principe de conservation de la quantité de mouvement, ce qui signifie que si, au départ, la quantité de mouvement de l'ensemble de ton système (engin + masse coulissante) est nulle, alors elle restera toujours nulle, tout ce que tu peux faire pour propulser ton engin, c'est de communiquer une certaine quantité de mouvement dans un sens à ta masse pour en récupérer exactement autant dans l'autre sens pour ton engin, et laisser partir indéfiniment ta masse avec sa quantité de mouvement sans plus jamais vouloir la récupérer, dés que tu la récupères, tu t'arrêtes.
Cela n'est possible qu'en éjectant ta masse dans l'espace, c'est ce que font toutes les fusées qui éjectent continuellement des toutes petites masses qu'on appelle des molécules de gaz.

Amicalement, Alain

[Coincoin]

Salut,
Je n'ai pas très bien compris ton exemple, mais pense au fait que si ton "attracteur" attire les masses, alors par réaction les masses exercent une force sur lui. Donc s'il est fixé sur la barque, il y a une force sur la barque.

Peut-on avoir un mouvement sans céder une quantité de mouvement?

Non, la seconde loi de Newton te dit que toute force est en fait une variation de quantité de mouvement.

[LPFR]

Bonjour.
Le "mobiles perpétuels" sont amusants et sont, souvent, des bons exercices de physique. Le jeu consiste à prouver qu'ils ne fonctionnent pas; sans utiliser le principe de conservation de l'énergie, évidemment.
La faille dans votre mobile perpétuel est "on coupe l'attracteur" et "on remet en service l'attracteur". Ceci ne se fait pas gratuitement. Il faut dépenser de l'énergie pour le remettre et on peut en obtenir en le coupant. Vous n'avez qu'à remplacer l'attracteur par un ressort: un ressort qui tire ou qui pousse a de l'énergie potentielle. Quand vous enlevez votre ressort vous pouvez récupérer cette énergie, qu'il vous faudra réinvestir pour le remettre. C'est évidemment vrai pour un ressort, mais aussi pour un champ électrique ou magnétique ou pour un champ gravitationnel. Celui-ci est un peu plus difficile à couper.
Tout compte fait, votre "perpetuum mobile" n'est pas très amusant (il est trop facile).
Au revoir.

[EspritTordu]

Je ne sais pas si je comprends dans le bon sens votre message, mais mon système proposé conserve l'énergie : il a besoin d'une source d'énergie embarqué ou non pour fonctionner, n'est-ce pas?

Merci Alain pour votre message qui met bien les choses au clair.
Le système vibre donc.

Tout le principe de l'engin et effectivement de compenser les quantités de mouvement produits.
Je crois qu'on peut même organiser les actes 1 et 2 comme la phase de "déplacement" et les actes 3 et 4 comme celle du "réarmement". En ce qui concerne ces deux derniers, la rotation n'induit pas de quantité de mouvement sur l'engin si on double le système avec des rotations inversées des axes AB respectifs (les masses prennent appui l'une sur l'autre et non plus sur l'engin lui-même)?

[Aroll]

Bonjour,

Je ne sais pas si je comprends dans le bon sens votre message, mais mon système proposé conserve l'énergie : il a besoin d'une source d'énergie embarqué ou non pour fonctionner, n'est-ce pas?

Il faut toujours de l'énergie, mais en fait, dans ton cas ça a peu d'importance, puisque le système ne peut pas fonctionner du tout, même avec un énorme apport d'énergie.

Merci Alain pour votre message qui met bien les choses au clair.
Le système vibre donc.

Je dirais plutôt qu'il "oscille", mais il ne peut, de toute façon, et au mieux, rien faire d'autre.

Tout le principe de l'engin et effectivement de compenser les quantités de mouvement produits.

Justement, c'est ça le problème, dès que l'on compense, on ne se propulse plus........

Je crois qu'on peut même organiser les actes 1 et 2 comme la phase de "déplacement"

NON, acte 1: léger déplacement de l'engin vers l'avant pendant le déplacement de la masse m vers l'arrière, et cela sur une distance telle que le centre de gravité global (engin + masse m) ne bouge pas d'un poil.
Acte 2: arrêt total de tout mouvement.

et les actes 3 et 4 comme celle du "réarmement"

NON, acte 3: recul de l'engin pendant le renvoi (même si ce renvoi se fait selon un mouvement circulaire) de la masse m, et cela sur une distance telle que le centre de gravité global (engin + masse m) ne bouge pas d'un poil.
Acte 4: arrêt total de tout mouvement.
Bilan: rien n'a vraiment bougé, le système avance et recule sur une distance strictement équivalente, il revient donc chaque fois à son point de départ. J'espère que cette fois tu as mieux compris.

En ce qui concerne ces deux derniers, la rotation n'induit pas de quantité de mouvement sur l'engin si on double le système avec des rotations inversées des axes AB respectifs (les masses prennent appui l'une sur l'autre et non plus sur l'engin lui-même)?

Si tu places deux systèmes semblables en rotation alternée, l'un des deux tire pendant que l'autre pousse, et vice versa; bilan: cette fois ça n'oscille même plus, ça reste parfaitement fixe.

Amicalement, Alain

[EspritTordu]

et cela sur une distance telle que le centre de gravité global (engin + masse m) ne bouge pas d'un poil

Suggérez-vous que la distance pourrait faire varier le centre de gravité global?

Que le système vibre ou oscille, c'est juste une question d'intensité, non?
Je partage votre avis pour le premier et le second acte, mais j'avoue, je reste cependant perplexe pour les cas suivants.

Si tu places deux systèmes semblables en rotation alternée, l'un des deux tire pendant que l'autre pousse, et vice versa; bilan: cette fois ça n'oscille même plus, ça reste parfaitement fixe.

il ne s'agit pas de rotation alternée, mais de rotation simultanée dont le sens est inversé. J'ai en tête que la rotation d'une masse s'appuie sur l'autre pour continuer le mouvement et non plus sur le reste du système. C'est à l'image, me semble-t-il, de la perceuse électrique dans le vide spatial...

[Aroll]

Bonjour,
J'ai très peu de temps pour répondre, alors je vais être bref.

Suggérez-vous que la distance pourrait faire varier le centre de gravité global?

Pas du tout, tu comprends décidément toujours de travers, je veux simplement dire que ton système ne peut produire aucun mouvement réel, donc que le centre de gravité global de ton système ne bouge jamais.
Pour le dire autrement, lorsque la masse m se déplace dans un sens sur une certaine distance (la longueur de la barre), l'engin se déplace dans l'autre sens sur une distance bien moins grande, mais si tu vérifies où se situe le centre de gravité total du système avant et après le déplacement de la masse m, tu t'aperçois qu'il n'a absolument pas bougé, or c'est seulement si le centre de gravité total bougeait qu'il y aurait réellement un mouvement.

il ne s'agit pas de rotation alternée, mais de rotation simultanée dont le sens est inversé. J'ai en tête que la rotation d'une masse s'appuie sur l'autre pour continuer le mouvement et non plus sur le reste du système. C'est à l'image, me semble-t-il, de la perceuse électrique dans le vide spatial

Fais un dessin.

Amicalement, Alain

[Aroll]

Bonjour,
Je vais t'aider; j'ai fais moi même un dessin représentant ton système tel que tu l'as décrit, et je l'ai joint en image attachée.
L'attracteur est représenté par le rectangle mauve au bas de l'engin.
la masse m est la boule rouge qui glisse sur la tige bleue.
Comme tu peux le voir, ton engin ne fait qu'avancer légèrement puis revenir à sa place à chaque cycle (une ligne tracée au bas le montre clairement).
Remarque: si on tient compte du rapport entre la masse de l'engin et celle de m, l'amplitude du mouvement est même très exagéré, mais ça permet plus de clarté.
Les mouvements de la masse m à l'intérieur de l'engin modifie la distribution des masses, donc la position du centre de gravité de l'ensemble (indiqué par G sur le dessin) par rapport à l'engin lui même, mais ce même centre de gravité ne bouge pas d'un iota par rapport à un référentiel extérieur (la ligne verte le montre).
Si, pour compenser l'effet du renvoi de la masse m vers l'avant, tu rajoutes une autre masse de même valeur sur une autre barre tournant en sens inverse et en décalage d'un demi tour pour qu'elle amène cette autre masse vers l'arrière pendant que la première va vers l'avant (condition sine qua non d'une compensation), tu seras obligé de faire en sorte que les deux masses restent synchronisées; et pour qu'elles restent synchronisées, il faut absolument que pendant que la première masse est attirée par l'attracteur, l'autre soit repoussée dans l'autre sens de la même façon. Ce faisant, tu annules aussi l'effet premier que tu recherchais et plus rien ne bouge.
Par contre, si tu as voulu dire, en parlant de rotation simultanée mais en sens inversé, que les deux masses iraient ensemble vers l'arrière sous l'influence de l'attracteur, puis ensemble vers l'avant, mais en parcourant des demi-cercles de sens opposé; alors saches que cela n'a d'influence que sur l'équilibre latéral de ton engin, mais que du point de vue longitudinal, rien n'a changé, le déplacement vers l'avant des deux masses, même selon une trajectoire courbe, provoque en réaction un recul de l'engin.

Plutôt que de chercher inlassablement des combinaisons de mouvements internes toujours plus compliquées, et qui te laisses croire que ce genre de propulsion est possible, simplement parce que tu omets de tenir compte de tous les effets et de toutes les forces, pourquoi ne partirais-tu pas d'un principe physique simple et plus qu'amplement démontré: le principe de conservation de la quantité de mouvement dont la conséquence, pour ce qui nous intéresse ici, est qu'aucun objet ne peut se propulser s'il n'éjecte pas (fusée) ou ne reçoit pas (voile solaire) de quantité de mouvement. Donc rien n'est possible en interne pur.

Amicalement, Alain

[EspritTordu]

Vous avez raison, voilà un ensemble de schéma pour que chacun puisse bien mettre au clair ce que je décris;

Je ne comprends pas en fait, la rotation des barres: pour moi les barres isolées avec leur masses, oscillent sur leur point de pivot, mais restent finalement à leur même position puisque on considère les mêmes quantités de mouvement mais inversées dans chaque secteur d'angle de 180°, donc celles-ci s'annulent. Le centre de gravité bouge alors pour moi.

[EspritTordu]

J'ai sauté votre dernier message alain C'est effectivement le second cas de rotation qu j'ai en tête ; j'attends la validation de votre image pour la regarder.
Il est vrai que le principe de la conservation de la quantité de mouvement de Newton est très réconfortable et rapide pour résoudre ce genre de problème, mais il reste un principe, une évidence non démontrée (on en connait d'autre qui ont simplement été balayé) ; et surtout, il n'est pas très illustratif et ne me parle pas dans ce cas là... Je cherche surtout à mettre les forces mises en jeu et qui m'échappent à ma compréhension pour que mon système satisfasse ce genre de préjugé théorique.

[Aroll]

Bonjour,

Je ne comprends pas en fait, la rotation des barres: pour moi les barres isolées avec leur masses, oscillent sur leur point de pivot, mais restent finalement à leur même position puisque on considère les mêmes quantités de mouvement mais inversées dans chaque secteur d'angle de 180°, donc celles-ci s'annulent.

Non, si l'on suit bien ta description, il n'y a 180° entre les deux barres que lorsqu'elles sont dans une position transversale par rapport à l'axe de ton engin, elles sont au départ superposées (donc angle nul) puis s'écartent l'une de l'autre jusqu'à atteindre 180° pour ensuite se rapprocher et même se confondre à nouveau en fin de cycle.
Si tu décomposes leur mouvement (demi)circulaire, tu t'aperçois qu'il est à chaque instant le fruit d'une combinaison d'un mouvement latéral (écartement puis resserrement) et d'un mouvement longitudinal (d'arrière en avant). La symétrie des mouvements des deux masses n'annule que les composantes latérales de ces mouvements puisqu'elles se font en sens contraire l'une de l'autre, par contre la composante longitudinale du mouvement (qui ici se fait d'arrière en avant) ne peut être annulée puisque les deux masses vont dans le même sens, c'est à dire d'arrière en avant.
Pour le dire autrement, en décomposant tes mouvements (demi)circulaires en combinaison de mouvements latéraux et longitudinaux, on peut dire que: lorsqu'une des masses s'écarte vers la gauche, l'autre s'écarte vers la droite, et lorsqu'une des masses se rapproche en se dirigeant vers la droite, l'autre se rapproche en se dirigeant vers la gauche; c'est cette stricte inversion de sens qui permet l'équilibre, mais lorsqu'une des masses se dirige vers l'avant, l'autre AUSSI se dirige vers l'avant, il n'y a donc pas de compensation au mouvement longitudinal.
On peut donc assimiler tes deux mouvements (demi)circulaires à un seul mouvement d'arrière en avant, tu es dans une situation strictement équivalente à un simple renvoi vers l'avant d'une masse unique m sur son rail sans avoir besoin de recourir à cet artifice inutile que représentent les mouvements en arc de cercle.
Il y a donc bien à chaque cycle un mouvement vers l'avant de l'engin lorsque la masse est attirée vers l'arrière, et un mouvement vers l'arrière lorsque la masse est ramenée vers l'avant.
Reste à savoir si ces deux mouvements se font sur une distance équivalente s'annulant de fait mutuellement, ou si le fait d'avoir une force d'attraction sur la masse, pendant la première phase, bien plus importante que la force de renvoi en troisième phase peut influencer le résultat final.
Admettons que ton engin fasse 10.000 Kg, et la masse m 100Kg.
L'attracteur attire la masse m avec une force de 100.000N.
la longueur de la barre est de 10 mètres.
Quand l'attracteur agit, il imprime à la masse m une accélération de 100.000/100 = 1000 m/s².
Le parcours de la masse est de 10 mètres (longueur de la barre), et le temps (t) mis par la masse m pour parcourir cette distance est telle que: t² = la distance fois deux divisé par l'accélération, donc t²=10*2/1000=0.02.
Donc t = racine carrée de 0.02 sec.
Par réaction, l'engin reçoit lui aussi une force (vers l'avant cette fois) de 100.000N, puisque sa masse est de 10.000Kg, il subira une accélération de 100.000/10.000=10 m/s². Cette accélération étant en réaction à celle imprimée par l'attracteur à la masse m elle durera donc le même temps que le mouvement de la masse m, donc racine carrée de 0.02 sec.
L'engin se déplacera donc sur une distance égale à 1/2 a t², donc 1/2*10*0.02 = 0.1 mètre.
On renvoie alors la masse m vers l'avant, avec douceur, donc avec une force de seulement 200 N, soit 500 fois moins forte que la force qui avait été appliquée à la masse m par l'attracteur en phase un. Cette force de 200 N imprimera à la masse m une accélération modeste de 200/100 = 2 m/s².
On peut utiliser la même formule que précédemment pour calculer le temps nécessaire à ramener la masse m à l'avant:
t² = 10*2/2 = 10, donc t = racine carrée de 10.
En réaction, l'engin recevra aussi une force de 200 N dirigée cette fois vers l'arrière.
Cette force imprimera à l'engin une très faible accélération de 200/10.000 = 0.02 m/s² pendant un temps égal à celui du renvoi de la masse vers l'avant, soit: t = racine carrée de 10 secondes, et t² = 10.
L'engin reculera donc de: 1/2*a*t² = 1/2*0.02*10 = 0.1 mètre!!
Conclusion: l'engin a reculé de la même distance exactement que celle qu'il avait gagnée en avançant; il est revenu à la case départ alors que la force qui l'a ramené vers l'arrière était cinq cent fois plus faible que la force qui l'avait poussé vers l'avant, c'est la différence de durée qui a compensé, et si l'on refait le calcul avec d'autres valeurs pour les forces, on retombe toujours sur les même valeurs, ce qui prouve l'impossibilité de remettre en cause le principe de conservation de la quantité de mouvement.

Il est vrai que le principe de la conservation de la quantité de mouvement de Newton est très réconfortable et rapide pour résoudre ce genre de problème, mais il reste un principe, une évidence non démontrée (on en connait d'autre qui ont simplement été balayé) ; et surtout, il n'est pas très illustratif et ne me parle pas dans ce cas là... Je cherche surtout à mettre les forces mises en jeu et qui m'échappent à ma compréhension pour que mon système satisfasse ce genre de préjugé théorique.

NON, ce n'est pas un préjugé, c'est un principe vérifié et revérifié un nombre incalculable de fois dans un nombre incalculable de cas différents (et plus complexes que les tiens)par des scientifiques totalement imperméables à quelques préjugé que ce soit
Amicalement, Alain

[EspritTordu]

C'est une question de vocabulaire : pour moi, un principe physique, comme le temps absolu universel, est une évidence que l'on accepte par défaut de pouvoir la réfuter ou la démontrer. C'est un "préjugé" puisque on l'accepte pour pouvoir poursuivre la démonstration. Mais il certain, que de nombreuses expériences dédiées, peut-être exclusivement, à ce principe ont conforté la pertinence de ce principe aux échelles étudiées, à notre échelle. Maintenant, je garde à l'esprit que la relativité à mis fin au principe de temps universel de Newton en considérant son propos à l'échelle de la vitesse de la lumière me semble-t-il!
Mais tout cela est un peu hors propos, ma seule et simple ambition, ici, c'est d'avoir une vision claire du jeu des forces de mon système pour m'expliquer pourquoi il n'avance pas et oscille.

J'ai du mal à accepter ce que vous me décrivez pour la rotation des masses à 180° (par rapport à leur position initiale, c'est un demi tour, oui)... Car j'ai la conviction encore que si on isole le système de rotation des masses du reste de mon système (on ne considère plus l'attracteur...), et on fait tourner les masses, le système oscillera, comme son centre de gravité ; bref, il n'y a pas de déplacement, non?
Mais si je comprends bien ce que vous me dîtes, selon vous, les masses en rotation auraient tendances à déplacer le centre de gravité du système de rotation des masses, bel et bien suivant un mouvement non oscillant : les masses sur leur phase de retour (dans le secteur de droite si on considère le cercle décrivant leur trajectoire et que celui-ci est divisé à la verticale divisant le disque du cercle avec un secteur de 180° à droite, et un à gauche, vu de dessus) induisent une quantité de mouvement rétrograde, et, selon vous, lorsqu'elles passent dan le secteur de gauche, elles compensent la précédente quantité de mouvement et arrêtent le déplacement de l'ensemble masses et barres ; tout compte fait, si je comprends bien, le système de rotation s'est bien déplacé, lorsqu'il est alors à l'arrêt, d'une certaine distance, même si il n'a plus de quantité de mouvement à la fin (il est immobile); si on multiplie les rotations n'a-t-on pas paradoxalement un mouvement sacadé étrange? Une chose m'échappe je crois