Condition d'application du théorème de l'énergie cinétique

[inviteba3748c1]

Bonjour à tous.

c'est la première fois que j'écris sur ce forum. Je vous explique ma situation : j'ai une formation en économie et j'ai décidé, depuis quelques mois, de me replonger dans l'étude de la physique. N'ayant pas étudier cette science depuis la seconde, je n'avais pratiquement aucune connaissance préalable et j'ai dû tout reprendre à la base. Ayant entendu de bonnes critiques de l'ouvrage d'Eugene Hecht, "Physique", c'est sur ce livre que j'ai commencé d'étudier. J'ai étudié les 8 premiers chapitres et j'en suis maintenant au neuvième, sur l'énergie.

Pour moi, ça commence vraiment à se corser, car je commence à aborder des choses que je n'ai vraiment jamais vues. Mon problème actuel concerne le théorème de l'énergie cinétique. Je pense bien comprendre ce théorème, qui semble s'appliquer parfaitement lorque l'on considère une masse ponctuelle. Il nous dit que la somme des travaux des forces extérieures agissant sur la particule quand elle se déplace d'un point A vers un point B est égale à la variation de l'énergie cinétique entre A et B. Jusque là, il n'y pas de problème de compréhension.

Mais le livre de Hecht nous dit, p. 327, que le théorème ne s'applique pas toujours lorsque l'on a affaire à un corps déformable. Il donne ensuite une explication de cette assertion, explication que je ne comprends absoluement pas. Plutôt que de vous faire un résumé de cette dernière, ce qui me serait difficile, je préfère recopier le paragraphe en question ci-dessous :

"Le théorème de l'énergie cinétique ne peut pas toujours être appliqué (même comme une approximation) aux corps déformables. Par exemple, si on lance une boule d'argile mou contre un mur de briques. La boule s'arrête et la variation de son énergie cinétique peut être assez grande ; mais le travail du poids de l'argile W_pa est nul, pratiquement. Le mur exerce des forces sur l'argile à travers la surface de contact mur-argile qui est essentiellement stationnaire. Par contre le mur n'est pas parfaitement rigide, et il y a des mouvements minuscules des point d'application des forces, lorsque le mur se déforme. Ce genre de force, qui ne travaillent pas, sera considéré ultérieurement dans ce chapître. Pour le moment, nous nous limitons au cas où le théorème de l'énergie cinétiques'applique. Par exemple, si on lance la même boule d'argile vers le haut dans l'air; elle se ralentit et le travail de l'interaction gravitationnelle avec la terre et du frottement de l'air est, presque exactement, égal à la variation de l'énergie cinétique de la boule".

Est-ce que quelqu'un parmi vous comprend l'explication de M. Hecht et pourrait me dire pourquoi le théorème ne s'applique pas ? Quant au second cas, où la boule est envoyée en l'air, pourquoi le théorème ne s'applique pas exactement ? Je ne vois pas d'où peut provenir le terme d'erreur.

Merci d'avance.
-----

[verdifre]

Bonjour,
Le theoreme de l'énérgie cinétique suppose beaucoup de conditions, du type pas de frottements etc...
Quand ces conditions ne sont pas remplies, il faut utiliser des lois plus fondamentales, c'est la conservation de l'énérgie. (cela menne à la thermodynamique)
dans le cas ou tu lances un corps mou sur un mur, au moment du choc, une grande partie de l'energie cinetique va être transformée en chaleur

quand tu lances ta balle en l'air, plusieurs phenomenes vont venir perturber les belles equations de la mecanique
1) les frottements aerodynamiques
2) la poussée d'archimede
3) le fait que la terre n'est pas un referentiel galiléen parfait
fred

[LPFR]

Bonjour.
Plus court (EDIT: avant de voir le post de Verdifre):
Le théorème de l'énergie cinétique n'est valable que si l'énergie mécanique se conserve.
Or, des qu'il y a une partie de l'énergie que se transforme en chaleur, il est évident que l'énergie mécanique ne se conserve pas.
Quand la boule d'argile s'écrase contre le mur, une bonne partie de son énergie cinétique à servi à la déformer plastiquement (le contraire de "élastiquement"). Et cette déformation plastique chauffe la boule (pas facile à sertir avec les doigts, mais si vous tordez de façon répétée un fil de fer au même endroit, vous le sentirez chauffer).
C'est aussi le cas quand il y a des forces de friction.

Vous pouvez peut-être trouver une autre approche moins formelle de la mécanique dans ce fascicule (7,4 Mo).
Au revoir.

[Eurole]

Bonjour à tous.
Bienvenue à heathcliff que je salue particulièrement car nos deux parcours se ressemblent, avec des différences bien sûr: j'ai été éloigné de la Physique par ma profession juridique pendant 60 ans.

La Physique actuelle est influencée par les Mathématiques quantiques, parfois au détriment du raisonnement.
J'ai tiré profit de l'opuscule indiqué par LPFR. La solution des problèmes compliqués est dans l'art de les décomposer en notions simples. Le début d'un art est donc de parfaitement posséder ces notions simples.

Je m'y essaye, je dois remercier Verdifre et LPFR de leur aide, directe ou indirecte, j'ai aussi tiré profit de Wikipedia et de nombreux sites Internet, et de participer humblement au forum Futura Sciences.

Mon cheval de bataille actuel est l'algèbre linéaire.

J'ajoute quelque chose: l'expérience d'une autre profession est intéressante.
Je retrouve en Physique une notion universelle que j'ai beaucoup étudiée et enseignée dans ma profession: la notion de bilan
Inventaire, actif-passif, balance, droits des parties, attributions est une démarche qui doit exister dans le domaine de la Physique.


_

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gloubiscrapule]

Bonjour.
Plus court (EDIT: avant de voir le post de Verdifre):
Le théorème de l'énergie cinétique n'est valable que si l'énergie mécanique se conserve.

Non tu peux avoir des forces de frottements qui fait que l'énergie mécanique ne se conserve pas, pourtant le théorême de l'énergie cinétique s'y applique...

[inviteba3748c1]

Merci pour vos explications.

Je ne peux pas dire que je les comprends parfaitement car je n'ai pas encore étudié le principe de la conservation de l'énergie. D'ailleurs, j'ai du mal à intégrer cette notion. Il n'y a que deux types d'énergie que je peux concevoir explicitement, pour le moment. C'est l'énergie cinétique et l'énergie potentielle, car, a défaut de bien comprendre ce qu'elles recouvrent, je dispose au moins de formules pour les calculer. Mais vous voir, vous ou un auteur, jongler avec les différents types d'énergie (de l'énergie cinétique qui devient de l'énergie thermique...) me désarçonne un peu !

Si j'ai bien compris vos explications, le problème qui fait que le théorème de l'énergie cinétique ne s'applique pas toujours provient de la présence de frottements et de chocs qui font qu'une partie de l'énergie cinétique de la boule se transforme en chaleur (donc en énergie thermique). Appliquer le théorème de l'énergie cinétique reviendrait donc à sous-estimer la perte d'énergie cinétique de la boule lors d'un lancer ou d'un choc. (?).

Le théorème ne s'applique-t-il exactement que lorsque des forces conservatives agissent sur la boule (ici la gravité) ?

Toutefois, M. Gloubiserapule a l'air de trouver que le théorème s'applique même en présence de frottements ? Pourriez-vous vous mettre d'accord ?

PS : merci à Eurole pour son charmant message et à LPFR pour son fascicule. Je ne manquerai pas de lire la 5 ème partie.

[LPFR]

Toutefois, M. Gloubiserapule a l'air de trouver que le théorème s'applique même en présence de frottements ? Pourriez-vous vous mettre d'accord ?

Bonjour.
Gloubiserapule a raison.
J'ai confondu le théorème de l'énergie cinétique avec la conservation de l'énergie mécanique.
La raison est que je n'utilise ni enseigne jamais ce théorème car je le trouve parfaitement inutile (vous ne le trouverez pas énoncé dans mon fascicule).
Pas plus qu'un tas d'acronymes que je trouve tout aussi inutiles. J'ai l'impression qu'ils sont enseignés pour remplacer la compréhension et le raisonnement.
Au revoir.

[Eurole]

...je n'ai pas encore étudié le principe de la conservation de l'énergie. D'ailleurs, j'ai du mal à intégrer cette notion. ..

bonjour.

"rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme", aurait dit Lavoisier.

Autrement dit, le travail d'une force se traduit par une translation, une rotation ou une déformation.

Il existe des quantités d'exercices amusants sur ce thème.

[verdifre]

bonjour,

Mais vous voir, vous ou un auteur, jongler avec les différents types d'énergie (de l'énergie cinétique qui devient de l'énergie thermique...) me désarçonne un peu !

j'espere que je vais pas dire trop de bêtises, mais l'énergie mécanique se conserve bien, mais à une autre échelle. ce que l'on appelle chaleur, n'est en réalité que de l'énergie mécanique de particules (je prend soin de ne pas définir particule). Donc dans certaines conditions, en particulier lors de frottements, plutot que de transmettre l'énergie mécanique d'un corps à l'autre d'une façon globale, on transmet de petites quantité d'énergie d'une façon un désordonnée aux particules qui composent ce corps. On a plus accés (en partie pour des raisons pratiques ) à l'énergie mécanique individuelle de chaque particule on utilise alors une grandeur globale pour décrire ce phénomène, c'est la chaleur (qui s'exprime aussi en Joules)
tu peux considérer que les frottements, c'est un transfert d'énergie mécanique du macroscopique vers le microscopique ( et d'une façon un peu desordonée)
fred