Augmenter artificiellement la masse d'un objet

[invite7070fa42]

Bonjour à tous,

j'ai lu quelque part il y a quelques années une chose étonnante: une montre mécanique est plus lourde si son ressort est remonté.
L'explication avancée était que l'énergie et la masse sont convertibles, aussi une montre contenant potentiellement plus d'énergie pèse plus lourd. Evidemment la différence est infinitésimal et non perceptible en pratique mais théoriquement vraie.

Je me demandais si ce phénomène était transposable à l'électricité:

- En électronique pourrait-t'on dire qu'un condensateur chargé est lui aussi plus lourd puisqu'il retient une certaine quantité d'énergie ?

- Dans ce cas comment calculer la différence de masse? J'ai l'impression qu'il suffit de multiplier la masse de l'électron (9,109 × 10−31 kg) par le nombres d'électrons contenu dans le condensateur.

- Pour aller plus loin avec ces phénomènes de "rétention d'énergie", pourrait-on imaginer un objet dont la variation de masse serait perceptible à notre échelle? Intuitivement j'ai l'impression qu'il faudrait des objets immenses pour produire des variations de 100 grammes seulement.... ou peut-être en utilisant d'autres méthodes?


Voilà, je ne sais pas si je suis dans le vrai ou le faux, merci de vos éclaircissements.
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[Olivzzz]

Bonjour,

Je vais peut-être dire une bêtise, mais un ressort de montre remonté, n'est-ce pas de l'énergie potentielle ? Cette dernière n'est pas de l'énergie à proprement parler et ne peut donc pas prétendre à une masse selon le fameux E=mc2 ou autre formule de la même famille. Sinon, 1 mole de molécules d'eau aurait également une masse plus importante selon qu'elle se situe en bas ou en haut du barrage de retenue... ce qui serait quelque peu incongru il me semble.

[f6bes]

Bjt à vous,
Tant qu'on y est...un disque dur remplit de données et plus lourd que disque vierge.
Ca me rappele une discussion sur le "poids" des bits sur FUTURA.
Dommage elle est ( discussion) perdue dans les arcanes de FUTURA.
Me demande si c'était pas pour un.....premeir...devinez quoi !!
Bonne soirée

[albanxiii]

Bonjour,

j'ai lu quelque part il y a quelques années une chose étonnante: une montre mécanique est plus lourde si son ressort est remonté.

Avant de savor si ça vaut la peine d'aller plus loin il faut répondre à la question : plus lourde de combien ?

Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7070fa42]

On trouve ce genre de choses sur le net:

"D'après la formule de la relativité restreinte "E=mc2", énergie et matière ne sont qu'une seule et même chose.

Or une montre que l'on remonte stocke dans la tension de son ressort une énergie de quelques dixièmes de joules.

En inversant l'équation, sachant que la vitesse de la lumière, c, vaut 300 millions de mètres par seconde, on constate que sa masse augmente à cette occasion de quelques milliardièmes de milliardièmes de kilo (la masse de de quelques milliards de protons). Certes sur la balance, cette masse est indétectable : la preuve que la relativité et ses bizarreries ne s'appliquent pas (ou peu) à la physique du quotidien.

Mais le même phénomène a des conséquences spectaculaires en physique microscopique. Ainsi un proton est environ cent fois plus lourd que la somme des masses des trois quarks qui le constituent, la différence provenant de l'énergie de liaison des quarks entre eux.

De même, un atome d'hydrogène, du fait de l'énergie de liaison entre son proton et son électron, est un peu plus lourd que les deux particules qui le forment. M.G."


Science et Vie, supplément août 2010"

[XK150]

Bonjour,


Avant de savor si ça vaut la peine d'aller plus loin il faut répondre à la question : plus lourde de combien ?

Merci.

Bonjour ,

Environ 10^-17 kg , si vous avez dépensé 1 J pour comprimer le ressort .

[invite7070fa42]

Bonjour ,

Environ 10^-17 kg , si vous avez dépensé 1 J pour comprimer le ressort .

Merci, si je comprends bien ça signifie qu'il faudrait un ressort qui emmagasine quelques péta joules (10^15 joules) pour commencer à produire des effets perceptibles à notre échelle. C'est supérieur à la consommation mondiale!

[Amanuensis]

Je vais peut-être dire une bêtise, mais un ressort de montre remonté, n'est-ce pas de l'énergie potentielle ?

Oui, mais cela compte dans la masse. Suffit d'imaginer le système comme isolé avec le ressort se détendant jusqu'à arrêt. Où est passé l'énergie? Eh bien en chaleur, par exemple sous forme de rayonnement. Montre plus rayonnement est plus lourd que montre seule, et la masse se conservant (si, si), la masse d'une montre remontée est plus grande que montre avec ressort détendu.

Sinon, 1 mole de molécules d'eau aurait également une masse plus importante selon qu'elle se situe en bas ou en haut du barrage de retenue... ce qui serait quelque peu incongru il me semble.

Là c'est plus compliqué, le système isolé est l'ensemble Terre + molécule. Le raisonnement précédent s'applique, mais c'est la masse de Terre + molécule à une altitude h qui est plus élevée que Terre + molécule à une altitude h'<h (1), en supposant que le rayonnement se soit éloigné de la Terre. Attribuer le changement de masse à la molécule seule pose problème, il me semble.

(1) C'est la forme la plus élémentaire de la contraction d'une masse, comme celle du noyau terrestre ou d'une étoile en formation. Cela dissipe bien de l'énergie in fine sous forme de rayonnement, et donc une perte de masse.

[Olivzzz]

Eh beh ! une preuve de plus qu'il vaut mieux mourir le soir que le matin, on mourra ainsi moins bête Merci pour ces explications !

[RomVi]

Science et Vie, supplément août 2010"[/I]

Tout est dit...

[phys4]

- En électronique pourrait-t'on dire qu'un condensateur chargé est lui aussi plus lourd puisqu'il retient une certaine quantité d'énergie ?

- Dans ce cas comment calculer la différence de masse? J'ai l'impression qu'il suffit de multiplier la masse de l'électron (9,109 × 10−31 kg) par le nombres d'électrons contenu dans le condensateur.

Bonsoir,
Pour cet aspect, c'est uniquement l'énergie du champ électrique qu'il faut prendre ne compte.
Le nombre d'électrons dans le condensateur ne change pas.
Il y a toujours autant d'électrons, seulement ily a plus d'électrons sur l'une des électrodes et moins sur l'autre quand il est chargé.

[invite7070fa42]

Bonsoir,
Pour cet aspect, c'est uniquement l'énergie du champ électrique qu'il faut prendre en compte.
Le nombre d'électrons dans le condensateur ne change pas.
Il y a toujours autant d'électrons, seulement ily a plus d'électrons sur l'une des électrodes et moins sur l'autre quand il est chargé.

Ok pour les électrons.

Sinon ce n'est pas très clair, dois-je comprendre que le champ électrique à une masse?

[Nicophil]

"De même, un atome d'hydrogène, du fait de l'énergie de liaison entre son proton et son électron, est un peu plus lourd que les deux particules qui le forment. "Science et Vie, supplément août 2010

Non, moins "lourd" que la somme des deux ! c'est le défaut de masse, il faut fournir de l'énergie pour les dé-lier.

[phys4]

Sinon ce n'est pas très clair, dois-je comprendre que le champ électrique à une masse?

Evidemment, c'est une énergie, tout comme une onde, et en plus c'est statique.

[XK150]

Et d'ailleurs , même cause pour le ressort : le nombre d'atomes n'a pas changé entre détendu et comprimé et pourtant , il a gagné de la masse ...

[Amanuensis]

"De même, un atome d'hydrogène, du fait de l'énergie de liaison entre son proton et son électron, est un peu plus lourd que les deux particules qui le forment. "

Non, moins "lourd" que la somme des deux ! c'est le défaut de masse, il faut fournir de l'énergie pour les dé-lier.

Pour ajouter à la réponse, le/la journaliste ne sait pas (et ce n'est pas original) que "l'énergie de liaison" est intrinsèquement une valeur négative (un manque (1)). Il/elle aurait écrit "un peu plus léger" et la phrase aurait été correcte.

(1) C'est de l'énergie potentielle en moins, le système de référence étant les deux particules séparées à l'infini, donc avec une forte énergie potentielle électro-magnétique. Dans le fond, c'est exactement la même idée que la molécule à différentes altitudes, vue plus tôt.

[mach3]

Ok pour les électrons.

Sinon ce n'est pas très clair, dois-je comprendre que le champ électrique à une masse?

Si je ne m'abuse, un champ de 1V/m à une densité d'énergie de l'ordre de 10^-11J/m³, donc sauf erreur 10^-28kg/m³

A 1 million de volt par mètre, on arrive dans les 10J/m³. Ce n'est toujours pas significatif...

m@ch3

[invite7070fa42]

Rebonjour et merci pour toutes ces réponses détaillées.
En conclusion je retiens que mes propositions sont théoriquement plutôt justes mais irréalistes en pratique.

Pour aller plus loin j'aimerai creuser un dernier détail:

Bonsoir,
Il y a toujours autant d'électrons, seulement il y a plus d'électrons sur l'une des électrodes et moins sur l'autre quand il est chargé.

Ok, une expérience de pensée: mettons notre condensateur sur un balancier, si les électrons se concentrent sur l'une des électrodes alors cela devrait avoir pour effet de faire pencher le condensateur de ce côté.
Ici j'oublie volontairement la masse du champ magnétique et me concentre sur la masse des électrons.

Pour obtenir une différence de 91 grammes et puisqu'un électron pèse 9,1 × 10−31 kg alors je déduis qu'il faut 10^29 électrons.

Encore une fois et avant d'aller plus loin j'ignore si mon raisonnement est juste....
Si c'est le cas, un matériaux de quel ordre de grandeur/volume serait susceptible d'accueillir ces électrons?

[b@z66]

Bonjour à tous,

j'ai lu quelque part il y a quelques années une chose étonnante: une montre mécanique est plus lourde si son ressort est remonté.
L'explication avancée était que l'énergie et la masse sont convertibles, aussi une montre contenant potentiellement plus d'énergie pèse plus lourd. Evidemment la différence est infinitésimal et non perceptible en pratique mais théoriquement vraie.

Je me demandais si ce phénomène était transposable à l'électricité:

- En électronique pourrait-t'on dire qu'un condensateur chargé est lui aussi plus lourd puisqu'il retient une certaine quantité d'énergie ?

- Dans ce cas comment calculer la différence de masse? J'ai l'impression qu'il suffit de multiplier la masse de l'électron (9,109 × 10−31 kg) par le nombres d'électrons contenu dans le condensateur.

- Pour aller plus loin avec ces phénomènes de "rétention d'énergie", pourrait-on imaginer un objet dont la variation de masse serait perceptible à notre échelle? Intuitivement j'ai l'impression qu'il faudrait des objets immenses pour produire des variations de 100 grammes seulement.... ou peut-être en utilisant d'autres méthodes?


Voilà, je ne sais pas si je suis dans le vrai ou le faux, merci de vos éclaircissements.

Vous avez bien compris le principe, c'est bien. Quand on comprime un ressort, un élément extérieur au ressort(une personne par exemple) fournit effectivement de l'énergie qui se retrouve sous forme potentielle dans le ressort. Ce qu'il faut garder à l'esprit, c'est le principe d'équivalence masse-énergie qui indique que lorsqu'un transfert d'énergie se fait, comme ici, cela correspond aussi à un transfert de masse(la masse équivaut à une énergie et vice-versa). Le ressort gagne effectivement ainsi de la masse. Il en est de même pour les autres systèmes où des transferts d'énergie se produisent, ils équivalent aussi à des transferts de masse. Pour le cas d'un condo chargé, il suffit de calculer son énergie(1/2.C.V²) et de la diviser par c² pour trouver la différence de masse. Pour bien comprendre E=mc², il faut juste se dire finalement que l'inertie d'un objet(représenté et mesuré par la masse inertielle) est proportionnelle à l'énergie totale contenu dans l'objet.

PS: dans le cas du condo, l'énergie ne se trouvent pas dans la masse des électrons mais dans les champs électriques d'interactions de ces électrons (en l’occurrence plutôt dans le diélectrique).

[b@z66]

PS: dans le cas du condo, l'énergie de 1/2.C.V² ne se trouvent pas dans la masse des électrons mais dans les champs électriques d'interaction de ces électrons (située en l’occurrence plutôt dans le diélectrique).

[b@z66]

Rebonjour et merci pour toutes ces réponses détaillées.
En conclusion je retiens que mes propositions sont théoriquement plutôt justes mais irréalistes en pratique.

Pour aller plus loin j'aimerai creuser un dernier détail:


Ok, une expérience de pensée: mettons notre condensateur sur un balancier, si les électrons se concentrent sur l'une des électrodes alors cela devrait avoir pour effet de faire pencher le condensateur de ce côté.
Ici j'oublie volontairement la masse du champ magnétique et me concentre sur la masse des électrons.

Pour obtenir une différence de 91 grammes et puisqu'un électron pèse 9,1 × 10−31 kg alors je déduis qu'il faut 10^29 électrons.

Encore une fois et avant d'aller plus loin j'ignore si mon raisonnement est juste....
Si c'est le cas, un matériaux de quel ordre de grandeur/volume serait susceptible d'accueillir ces électrons?

Non, c'est faux. L'énergie de 1/2CV²(et donc la différence de masse correspondante) n'a rien à voir avec la masse des électrons qui pour le coup représente encore une autre forme d'énergie, la masse de 1/2CV² se situe dans le champ électrique(présent dans le diélectrique) qui donne l'énergie potentielle électrique aux deux armatures ou électrodes(qui s'attirent). Après, bien sûr, si tu t'intéresses en particulier à la masse des électrons(ce qui est autre chose, je le rappelle), l'une des deux armatures devrait peser plus que l'autre!

[invite7070fa42]

Merci pour tes réponses b@z66!

Après, bien sûr, si tu t'intéresses en particulier à la masse des électrons(ce qui est autre chose, je le rappelle), l'une des deux armatures devrait peser plus que l'autre!

Absolument, dans ce cas-ci je ne considère que les électrons. J'aimerai me faire une idée de l'ordre de grandeur.
Pour l'instant je sais que 10^29 électrons pèsent 91grammes... quelle taille de "condensateur" peut supporter ça?

[invite7070fa42]

Toujours en ne prenant en compte que la masse des électrons, je tente un calcul même si je ne suis pas certains d'utiliser la bonne approche:

"Un condensateur a une capacité de 1 Farad s'il est capable d'emmagasiner 1 Coulomb (6,25 x 10^18 électrons) quand il est soumis à une tension de 1 Volt."
http://www.courstechinfo.be/Hard/Capa.html

D'après cette affirmation je me dis qu'un condensateur de 10^10 Farads est capable de "déplacer" 6,25 x 10^28 électrons.
Un électron pèse 9,1 × 10−31 kg

Soit: 6,25 x 10^28 x 9,1 x 10^-31 = 0,0568 Kg
Donc la masse aux abords des électrodes d'un condensateur de 10^10 Farads est susceptible de varier de 57 grammes.

Les gros condensateurs de 4000 farads mesurent 150mm de haut et 63,5mm de diamètre, il en faudrait 2500000 pour obtenir notre fameux déséquilibre de 57 grammes...


J'ai bon?

[b@z66]

Merci pour tes réponses b@z66!



Absolument, dans ce cas-ci je ne considère que les électrons. J'aimerai me faire une idée de l'ordre de grandeur.
Pour l'instant je sais que 10^29 électrons pèsent 91grammes... quelle taille de "condensateur" peut supporter ça?

Je ne sais pas mais il faudrait sans doute déjà calculer la charge électrique que ta différence d'électrons représente et à partir de là, en utilisant l'autre expression de l'énergie électrique 1/2.Q²/C, voir ce que cela fait comme énergie pour atteindre cette charge. Dans la plupart des cas usuels, le fait de charger un condensateur crée un déséquilibre au niveau des charges électriques entre les deux armatures mais ce déséquilibre ne doit pas changer de façon si significative la population initiale d'électrons.

[b@z66]

Tes calculs sont justes. Le tout serait après de comparer cette différence de masse à la masse totale des 2 500 000 super-condensateurs.

[invite7070fa42]

Super, merci, alors je continu:


Volume du condensateur de 4000F
v = Pi * (6,35/2)^2 * 15 = 475 cm3

donc pour 2 500 000 condensateurs:
475 * 2 500 000 = 1 187 500 000 cm3 soit 1187,5 m3

C’est à dire q'un condensateur dont le volume équivaut à un cube de 10,6 mètres de côté, serait capable de faire varier localement sa masse de quelques 57 grammes...

Je suis étonné de ce résultat car même si l'expérience est inutile, elle est industriellement envisageable. Nous sommes dans des dimensions beaucoup plus humaines ici....

Mais avant de conclure il faut sûrement examiner si la population d'électrons migrent significativement comme le fait remarquer b@z66.

[mach3]

Je ne comprends pas très bien la démarche là...

On a la prédiction théorique qu'un condensateur chargé possède une masse plus importante qu'un condensateur non chargé, parce qu'il contient de l'énergie électrique (c'est en fait le champ électrique à l'intérieur du condensateur qui est responsable de l'augmentation de la masse). Je rappelle qu'un condensateur chargé contient autant d’électrons qu'un condensateur non chargé. Ils sont juste répartis différemment (il en manque n sur une armature et il y en a n de trop sur l'autre armature). Par conséquent je ne comprend pas le but de calculer la masse des électrons en trop sur une des armatures. Aucun lien fils unique comme dirait Serge Karamasov...

m@ch3

[phys4]

C’est à dire q'un condensateur dont le volume équivaut à un cube de 10,6 mètres de côté, serait capable de faire varier localement sa masse de quelques 57 grammes...

Mais avant de conclure il faut sûrement examiner si la population d'électrons migrent significativement comme le fait remarquer b@z66.

Dans un super condensateur, la distance des électrodes est d'une fraction de micron, alors un déplacement de 57 grammes sur moins d'un micron, dans un cube de 10m et plusieurs tonnes, ce n'est probablement pas mesurable.

[invite7070fa42]

Rebonjour.

Ok pour les critiques, c'est aussi l'intérêt de ce thread: apprendre.

Je retiens que l'énergie, les champs électriques et aussi les électrons ont bien une masse qu'on peut transférer d'un endroit à l'autre.
Cependant ces phénomènes sont tellement fins qu'ils sont inexploitables à notre échelle.

Merci à tous, j'ai appris des choses, j'ai surtout pu me faire une idée des ordres de grandeur qui sont vertigineux..