Billes dans un champ électrostatique

[EspritTordu]

Bonjour,

Voilà une p'tite question:

Soit trois billes chargées électriquement. Deux de ces billes sont chargées +, l'une à 1C, l'autre 2C. Ces deux charges sont fixes et en aucun cas, elles ne peuvent donc bouger. Elles sont distantes d'une longueur d suffisante pour que les champs respectifs ne soient pas négligeables. On ajoute une troisième bille sur l'axe reliant les deux précédentes billes. La dernière bille ajoutée, est, elle, chargée négativement et est mobile seulement sur le seul dégré de liberté de l'axe en 2D.


Naturellement, il me semble que la bille mobile va se déplacer vers la bille la plus chargée jusqu'à atteindre un point d'équilibre, n'est-ce pas?

Que se passe-t-il alors, si durant la course , on intercale régulièrement un matériau isolant le champ des deux billes fixes? A-t-on un mouvement oscillant?

Si par un système mécanique (sans doute assez complexe à vrai dire...), la bille mobile est reliée à une roue à laquelle sont reliés le système pour intercaler régulièrement le matériaux isolant, et un système de charge comme un poids... Peut-on extraire l'énergie cinétique de la bille? A-t-on de l'énergie en plus?

Peut-être doit-on ajouter une option de stockage énergétique comme un volant à inertie sur le système d'intercalage...

Qu'en pensez-vous?

Merci d'avance pour votre aide...
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[marsan09]

bonjour
"jusqu'à atteindre un point d'équilibre, "
je ne vois pas pourquoi la bille peut être en équilibre.
elle va se coller sur une charge, suivant l'endroit où elle se trouvait au début.
Le système ne possède d'équilibre stable.
Le seul point d'équilibre est instable.

Maintenant on peut imaginer intercaler des isolants de champ électrique, type cage de faraday,
mais, désolé, ils seront soumis à des forces électriques et au total l'énergie produite sera < à l'énergie consommée ... ouf... tout redevient normel.

[EspritTordu]

Je précise un peu : l'isolant est seulement intercalé à un rythme déterminé entre la bille négative en mouvement et la bille positive à 2 coulomb.

L'isolant n'est pas obligé d'être conducteur comme le métal, non?( Dans ce cas, il n'est pas freiné par le champ, je pense à du bois par exemple).

[EspritTordu]

Tous les matériaux ne conviennent-ils pas pour isoler du champ électrostatique? Tous sont sensibles au champ?

Qu'est-ce qu'un équilibre non stable?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5e5dd00d]

Un équilibre instable est un équilibre où à cause de la moindre application de force sur l'objet, celui-ci va s'éloigner progressivement de sa position d'équilibre.
Exemple : bille au sommet d'une surface cylindrique.

Equilibre stable : la moindre force l'éloigne de la position d'équilibre, mais il finit pas la rejoindre en faisant des oscillations autour de cette position.
Exemple : bille dans un bol.

Je sais pas si ça répond à la question...

[invitea3eb043e]

Un peu compliqué comme système.
L'équilibre est possible en un point entre les 2 charges Q et 2Q mais il est effectivement instable : quand on s'approche d'une des charges, son attraction augmente encore et il n'y a pas rappel vers l'équilibre.
Si maintenant on écrante une des charges, disons Q au moment où la charge q approche, l'attraction de cette charge cesse. Cela ne peut se faire qu'avec une feuille de métal. Mais en même temps la charge 2Q fait apparaître par influence une charge -2Q symétrique miroir par rapport à la feuille de métal qui repousse la charge q. En plus la charge q fera apparaître une charge -q par influence qui attire q. Donc ça va dépendre des distances et des valeurs de q et Q.
Imaginons pour simplifier que q<<Q. Alors la charge q peut repartir vers 2Q qui l'attire. On peut recommencer et déplacer l'écran de l'autre côté.
On aura une possibilité de mouvement permanent.
Mais ce jeu n'est pas gratuit car il faut fournir de l'énergie pour bouger l'écran dans lequel apparaissent des courants électriques donc de l'effet Joule.

[EspritTordu]

Pourquoi uniquement du métal... Et les diélectriques?

[invitea3eb043e]

Un diélectrique ne fait pas totalement écran au champ électrique donc l'attraction continuera.

[EspritTordu]

pas totalement ? Cela signifie-t-il donc que le système peut se satisfaire de cette
isolation partielle au champ?

[invitea3eb043e]

J'avoue ne pas savoir répondre, mais quel est l'intérêt de la manip ?

[EspritTordu]

C'est de savoir si on a un mouvement sans fin... en puissant l'énergie dans le champ électrique. J'aurai pu présenter le même système avec des aimants au lieu de billes au fond, mais les monopoles magnétiques, c'est théorique!!

[invitea3eb043e]

Un mouvement perpétuel ça n'existe pas mais il est souvent très intéressant d'analyser un mécanisme qui semble en donner un. C'est le cas ici, il faut faire une analyse fine des forces qui apparaissent quand on crée un mouvement, notamment celles sur tes écrans..

[EspritTordu]

Merci. Je pensais aussi que le mouvement perpétuel du système troublait, mais je ne voyais pas ou ma description posait problème pour ne pas parler de mouvement sans fin!