Energie et vitesse de la lumière.

[yvon l]

Bonjour,

Dans le cadre d’une explication au niveau secondaire, le développement suivant est-il correct ?
1) Je me situe au niveau atomique et considère le point de vue vue énergétique .
(pour éviter les propriétés émergentes des transferts structurées (courant électrique,.. ) ou pas (Chaleur... ).
2) L’énergie proprement dite dépend pour sa valeur du référentiel d’observation.
3) Le transfert d’énergie a comme propriété particulière d’être indépendante de l’observateur et d’être caractérisé par sa puissance.
4) Comme on peut attribuer une puissance au rayonnement, on peut dire que celui-ci est un transfert, donc à comme propriété d’avoir une mesure indépendante de l’observateur (du référentiel ).
5) Il ne serait donc pas illogique de dire que dans un référentiel quelconque la vitesse du rayonnement vu est toujours la même…

Qu’en pensent les physiciens ?.
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[mach3]

3) Le transfert d’énergie a comme propriété particulière d’être indépendante de l’observateur et d’être caractérisé par sa puissance.
4) Comme on peut attribuer une puissance au rayonnement, on peut dire que celui-ci est un transfert, donc à comme propriété d’avoir une mesure indépendante de l’observateur (du référentiel ).

J'ai un problème avec ça. En relativité restreinte (que je suppose être le cadre implicite, vu que la constance de la vitesse de la lumière est posée), la puissance n'est pas un invariant (et en corolaire, la force non plus).

m@ch3

[Deedee81]

Salut,

1 ok (ou alors simplement en utilisant des entités simples et en ignorant frottement, chaleur,...)
2 ok

3) Le transfert d’énergie a comme propriété particulière d’être indépendante de l’observateur et d’être caractérisé par sa puissance.

Ah non, pas d'accord, ce transfert est aussi une quantité qui dépend du référentiel (le travail n'est pas une quantité invariante).
(et pour la puissance évidemment préciser le temps de transfert, mais ça je suppose que c'est évident).

Donc pas 4 non plus.

5) Il ne serait donc pas illogique de dire que dans un référentiel quelconque la vitesse du rayonnement vu est toujours la même…

Evidemment la fin est juste mais n'a rien à voir amha avec le transfert d'énergie.

[stefjm]

@Yvon
J'intuite l'idée générale qu'il y a derrière.
J'imagine qu'on reste en mécanique classique?
Mais c'est délicat quand on cause de rayonnement (cf mach3).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Je n'avais pas vu le croisement mais la remarque de Stefjm est pertinente.

Dans le cadre d’une explication au niveau secondaire, le développement suivant est-il correct ?

C'est "relativiste" ? Car dans le secondaire c'est quelque chose qu'on n'aborde pas beaucoup. Et ce serait peut-être bien de préciser le contexte.
Mais de toute façon, énergie, travail et puissance sont non invariants aussi en physique classique.
(seul l'entropie est invariante, idem en relativité d'ailleurs).

[yvon l]

Grand merci, pour vos réponses circonstanciées.
Dans mon esprit, (physique classique), l’énergie, a cause de sa composante cinétique n’est pas un invariant .
Par contre, dans le même esprit le transfert classique potentiel-<>cinetique est en relation avec une force se déplaçant à une vitesse indépendante de l’observateur. Donc quelque chose qui serait absolu, (du moins en ce qui concerne la vitesse)
J’en concluais qu’en physique classique le transfert manipule une énergie constante.
Et je pensais qu’il en serait de même pour le rayonnement.
Je sais que si la force est constante, l’accélération, elle, va dépendre du rapport vitesse/c. Mais cela infirme-t-il pour autant la valeur du transfert ?
Comment pouvez-vous assez simplement (si possible) donnez un un exemple qui infirme cette façon de voir.
Comme je n’en vois pas, pouvez-vous (physique classique) donner un exemple, si il y en a , ou le transfert varie suivant l'observateur ? Pour moi je n’ai pas d’exemple ou le travail n’est pas un invariant. Pour moi, également l’entropie est une propriété émergente qui n’entre pas dans mon hypothèse de départ (niveau atomique). Intentionnellement pour éviter d’en parler au niveau secondaire
En tout cas je trouvais dans une première approche de la relativité, à défaut d’être juste d’être élégant …

[stefjm]

Par exemple un ascenceur qui monte à vitesse constante dans le champ de gravité terrestre.
Un ou deux fils sur le sujet à retrouver sur ce fofo.
https://forums.futura-sciences.com/p...une-masse.html

[yvon l]

Par exemple un ascenceur qui monte à vitesse constante dans le champ de gravité terrestre.
Un ou deux fils sur le sujet à retrouver sur ce fofo.
https://forums.futura-sciences.com/p...une-masse.html

Je pense que transfert vu par un observateur sur la lune et un autre sur la terre donnera un résultat (travail) identique (le transfert n'est pas une énergie, mais une variation d'énergie). Du point de vue mathématique, la constante "énergétique" différente entre les 2 observateurs dans la dérivation disparaît. la puissance sera donc la même.

[Deedee81]

Trois exemples :

Un exemple mécanique sans chaleur. Deux boules qui se heurtent. Une en mouvement percute celle immobile (disons de même masse c'est plus simple). L'énergie cinétique est totalement transférée. Et cette énergie n'est évidemment pas invariante.

Et le rayonnement est soumis à l'effet Doppler qui affecte aussi l'énergie de ce rayonnement.

Prenons aussi la définition du travail F.d, la distance parcourue par le point d'application n'est pas invariant (si tu es en mouvement "avec la force", le point d'application est immobile et le travail nul !)

[Deedee81]

Je n'avais pas vu le message précédent, une variation d'énergie n'est pas invariante. Prenons l'énergie cinétique. Contrairement à une variation de quantité de mouvement, ici on a un v². La variation ne saurait donc pas être invariante (passer de 0 à V n'est pas la même chose en terme d'énergies que de passer de V à 2V).

[yvon l]

Trois exemples :

Un exemple mécanique sans chaleur. Deux boules qui se heurtent. Une en mouvement percute celle immobile (disons de même masse c'est plus simple). L'énergie cinétique est totalement transférée. Et cette énergie n'est évidemment pas invariante.

Mais pour un observateur quelconque le transfert proprement dit, du à la variation des vitesses des boules est identique

Prenons aussi la définition du travail F.d, la distance parcourue par le point d'application n'est pas invariant (si tu es en mouvement "avec la force", le point d'application est immobile et le travail nul !)

Et attention, une distance n’est pas une vitesse, dans les 2 cas le déplacement est le même. Donc même transfert quel que soit l’observateur. Toujours cette dérivée...

[Deedee81]

Mais pour un observateur quelconque le transfert proprement dit, du à la variation des vitesses des boules est identique

Mas non, c'est faux !!!!

Vérifie.

Soit une boule de masse m allant à V "vers la droite", heurtant frontalement une boule immobile de masse m. Elle heurte, et l'autre boule va alors a V.
Transfert 1/2(mV²)
Soit un observateur allant à V/2 vers la droite. Chaque boule se déplace (dans son référentiel) a V/2. Et après le choc. Elles se déplacent toujours à V/2 (sens différent, mais ça ne change pas l'énergie cinétique).
Transfert 0.

Et pour F.d, d est la distance parcourue par le point d'application. Et ça, ça dépend bien du référentiel !!!! Distance n'est pas longueur. Même s'il y a quelque peu confusion de langage là (la "longueur" paris - New-york est invariante, la "distance" parcourue par un avion est 0 dans le référentiel du pilote).

C'est élémentaire tout ça. Je ne comprend pas tes difficultés (sinon j'essaierais de mieux expliquer)

[yvon l]

(..) La variation ne saurait donc pas être invariante (passer de 0 à V n'est pas la même chose en terme d'énergies que de passer de V à 2V).

Je crois qu’il faut éviter la confusion entre énergie et transfert d’énergie .
Je suis sur un bateau qui navigue à une vitesse de 10 m/s, ma masse étant de 80Kg
Si je monte d’un étage (4m) en 20 s , je transfère dans le champ pesanteur une énergie de 80*9,81*4= 3100 j et je dois développer une puissance moyenne de 3100/20=155 W
Ces valeurs sont identiques pour l’observateur terrien et pour l’observateur sur le navire.
Par contre mon énergie cinétique est différente pour ces 2 observateurs. En particulier, avant et après transfert: de 0 pour l’observateur navigant et 1/2mv² = 1/2*80*10²=4000 J pour le terrien.
Voilà comment je vois le concept transfert.

[Deedee81]

Bon, il y a quelque chose qui ne passe pas. Et je n'arrive pas à comprendre quoi. Plutôt que d'expliquer sur ce dernier exemple, je vais passer la main. Il y en a qui sont plus pédagogique que moi. Je peux parfaitement le reconnaitre. Désolé.

[yvon l]

C'est élémentaire tout ça. Je ne comprend pas tes difficultés (sinon j'essaierais de mieux expliquer)

Je vois où se situe la différence. Pour moi, le transfert d'énergie consiste à dire qu'une certaine énergie disparaît d'un côté pour apparaître à un autre. Dans ton exemple c'est le bilan énergétique en terme cinétique qui est égal à 0. Et cela parce que le transfert est considéré comme purement cinétique (mais est-ce possible).
Mais on peut gratter et dire que le transfert passe par une phase potentielle (accumulation d'énergie potentielle dans l'élasticité de la boule). Dans ce cas il est difficile de dire qu'il n'y a pas eu de transfert d'énergie

[yvon l]

Dans l’exemple des boules, si le transfert est instantané, il serait difficile de dire si la puissance est zéro (comme tu l’entends ou infini (comme je le comprends)

[Deedee81]

Une dernière info avant de quitter ce fil, concernant le potentiel que tu prenais en exemple. Mais je ne détaille pas, je te laisse vérifier.

si l'énergie cinétique n'est pas invariante, le potentiel ne peut pas l'être non plus (et l'énergie mécanique non plus).

L'énergie potentielle de gravitation (avec la convention habituelle, pour g constant et potentiel nul au sol) est mgh.
Pour un observateur montant à vitesse V constante (on n'est pas en RG, c'est V cst qui est inertiel ) et en gardant le même h (pour comparer des pommes et des pommes), le potentiel est :
(pas à vitesse horizontale comme ton navire, je n'ai pas vérifié a vrai dire)

Dans l’exemple des boules, si le transfert est instantané, il serait difficile de dire si la puissance est zéro (comme tu l’entends ou infini (comme je le comprends)

Et avec cet exemple je parlais de la non invariance de l'énergie transférée, pas de la puissance (sinon c'est pas un bon exemple, mais le temps étant invariant cela ne change pas grand chose). Et tu peux t'amuser à mettre un ressort entre les deux boules pour avoir une puissance non infinie..... ça ne va strictement rien changer.

Bon, bonne continuation sur ce sujet. En espérant que tu trouves le déclic.

[stefjm]

Dans l’exemple des boules, si le transfert est instantané, il serait difficile de dire si la puissance est zéro (comme tu l’entends ou infini (comme je le comprends)

Un peu des deux : un dirac, d'amplitude infinie pendant un temps nul et dont le poid (c'est à dire l'aire généralisée) correspond à l'énergie échangée pendant ce temps nul.

[Deedee81]

Ouuuups, ça m'avait échappé, désolé, (re)précision (de toute façon après ma semaine est finie , enfin presque).

Dans l’exemple des boules, si le transfert est instantané, il serait difficile de dire si la puissance est zéro (comme tu l’entends ou infini (comme je le comprends)

Oui, oui, infini comme toi. Pas zéro, j'ai pas sous-entendu ça (puisque je parlais juste d'invariance). Et revoir l'idée d'ajouter un ressort pour avoir une puissance finie, on a toujours cette énergie non invariante et donc cette puissance non invariante.

Peut-être un conseil pour essayer d'éclaircir tout ça, mais ça nécessitera forcément un peu de travail (ceci dit si c'est pour une présentation scolaire ce n'est sans doute pas inutile, au contraire) : repartir des bases les plus simples : définitions des vitesses, forces, énergie cinétique, travail, forces conservatives, potentiel, théorème de l'énergie cinétique/mécanique.... Exprimer le tout avec les coordonnées et faire une transformation de Galilée pour voir ce que devient tout ça (ça reste évidemment valable, mais ça permet de bien voir ce qui est invariant ou pas). Puis le rayonnement en deuxième étape, avec Doppler et tout le bataclan.

Bon courrage.

[yvon l]

Bon courrage.

Encore merci pour tes interventions qui m’ont permis de m’exprimer sur le sujet.
Un bon exercice récapitulatif, serait de calculer pour un satellite donné son énergie par rapport à l’observateur terrestre (précision nécessaire) et le transfert d’énergie que le satellite subit tout au long d'une rotation complète autour de la terre. On pourrait déterminer l’endroit des extremums de la puissance du transfert ainsi que la valeur de son maximum.. Il est évident pour moi, que le transfert mesuré ne dépend pas, contrairement à son énergie de la position d’observation.
Rmq : pour une trajectoire circulaire P=0

Bon WE

[yvon l]

J'ai un problème avec ça. En relativité restreinte (que je suppose être le cadre implicite, vu que la constance de la vitesse de la lumière est posée), la puissance n'est pas un invariant (et en corolaire, la force non plus).

m@ch3

Pourtant je vois mal comment la puissance d'un transfert par rayonnement dépendrait de l'observateur .
Pourrais-tu me donner un exemple qui contredit cette intuition.
En physique classique, le rayonnement en lui-même peut se passer de la notion de force. C'est au niveau de la source ou du récepteur rayonnant que les forces électromagnétiques associées apparaissent, et cela de façon coordonnée (voir une antenne) soit non coordonnées (transfert thermique <> rayonnement). Et ces transferts, pour moi sont uniquement dépendant du milieu ou s’effectue le transfert. donc pour moi invariance de ce type de transfert.
Le problème énergétique proprement dit (pas le transfert), se pose du fait de la non-simultanéité des transferts entre la source et le récepteur (si il y en a). Pour rester simple je parle du contenu énergétique d'un cylindre (type guide d'onde, ou rayon) qui lui est tributaire de la longueur (plus exactement du volume (voir théorème d'ostrogradsy pour la liaison entre l'énergie contenue et le transfert via la surface).

[yvon l]

[/QUOTE]

(..)
Oui, oui, infini comme toi. Pas zéro, j'ai pas sous-entendu ça (puisque je parlais juste d'invariance). Et revoir l'idée d'ajouter un ressort pour avoir une puissance finie, on a toujours cette énergie non invariante et donc cette puissance non invariante.

Une puissance infinie non atteignable… même pour un élément massique élémentaire. La violence d’un tel choque sera réglée par les lois de l’électromagnétisme qui fera apparaître un transfert via des forces (électromagnétique) élémentaires. Un rebond sans dissipation, correspond à un travail qui laisserait, malgré l’importance du choc l’élément indemne de tout transfert global à son encontre. Plus pratiquement, un transfert (parasite) apparaît de type thermique (augmentation de l’agitation de l’élément ayant subi le choc) et/ou rayonnante (abandon d’énergie au profit de l’environnement).

[yvon l]

Bonjour,
Je pense, au vu des discussions, en synthèse.

Dans le cadre d’une explication au niveau secondaire, le développement suivant est-il correct ?
1) Je me situe au niveau atomique et considère le point de vue énergétique .
(..)
3) Le transfert d’énergie a comme propriété particulière d’être indépendante de l’observateur et d’être caractérisé par sa puissance.(..)
5) Il ne serait donc pas illogique de dire que dans un référentiel quelconque la vitesse du rayonnement vu est toujours la même…

a) Pour le point 3), je maintiendrais que la valeur d’un transfert est indépendante du référentiel de l’observateur, mais au contraire concerne uniquement l’objet qui subit le transfert

b) Le point 5) est inexact. En dehors des lieux ou le transfert entre les types d’énergies se produit, l’énergie rayonnant n’ayant ni masse ni n’étant pas siège de force mécanique, on ne peut pas en tirer de conclusion quant à la vitesse du rayonnement proprement dit.