transfert thermique et conservation de l'énergie

[invite87cc3695]

Un courreur de 100 m s'élance de ses "starting-blocks". Depuis sa position de départ notée A, jusqu'à son passage de la ligne des 10 premiers metres (position B), son centre de gravité s'est élevé et la vitesse de son buste est passsée de 0 à presque 10 m.s-1. On considère comme le système le coureur dans le champ de pesanteur.


1. Décrire les forces de contact du sol sur le coureur. précisez l'effet de ces forces sur la vitesse du centre d'inertie du coureur.

Réponse : - Réaction du support ( Rn ) : empeche le coureur de s'enfoncer dans le sol. cette force n'a pas d'incidence sur la vitesse du centre d'inertie.
- Forces de frottement ( f ) : cette force de frottement a de l'influence sur la vitesse du centre d'inertie, elle fait ralentir le coureur.

2. Les points des chaussures du coureur en contact avec le sol ont une vitesse nulle dans un référentiel terrestre. En déduire la valeur du travail de ces forces de contact lors du parcours A-B.

Réponse : Je pense que la valeur de ce travail n'est pas nulle mais je n'ai aucun calcul qui le prouve.

3. La température extérieure est de 20°C. Quel est le sens du transfert thermique entre le coureur et l'atmosphere ?

Réponse : La température du corps humai est de 37°C. Par consequent le transfert thermique se fait du coureur vers l'atmosphere. En effet le transfert thermique se fait du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.

4. Juste après le départ, le centre de gravité du coureur s'èléve. Quel est le signe de Epp(B) - Epp(A) ?

Réponse : Epp(B) = mgz(B) et Epp(A) = mgz(A) z(B) > z(A) car le centre de gravité du coureur s'élève donc Epp(B) - Epp(A) est positif.

5. Par un bilan énergétique, donner aors le signe de la variation de l'énergie interne U(B) - U(A) du coureur. Interlpréter cette variation à partir de vos connaissances en biologie.

Réponse : U(B) - U(A) est positif car l'énergie interne dépend de l'énergie potentielle de pesanteur et de l'énergie cinétique

Voila j'aimerais que vous m'aidiez sur la question 2. et sa voir si mes reponses sont cohérentes. Merci d'avance
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[calculair]

1. Décrire les forces de contact du sol sur le coureur. précisez l'effet de ces forces sur la vitesse du centre d'inertie du coureur.

Réponse : - Réaction du support ( Rn ) : empeche le coureur de s'enfoncer dans le sol. cette force n'a pas d'incidence sur la vitesse du centre d'inertie.
- Forces de frottement ( f ) : cette force de frottement a de l'influence sur la vitesse du centre d'inertie, elle fait ralentir le coureur.

C'est parfaitement exact. Mais tu oublies de dire que la reaction du sol n'est pas rigoureusement verticale. Elle se decompose delon 2 axes Un axe vertical, cest la reaction du sol qui empêche le courreur de s'enfoncer dedans. Une reaction horizontale qui va permettre au courreur de prendre de la vitesse.

Tu n'as pas oublie les forces de frottement comme la resistance de l'air

[invitea46d7942]

Bonsoir,
ta réponse à la première question est fausse. Tu énumère bien les forces en présences, mais la réaction du support a une influence sur la vitesse de la personne (sinon, quelle serait la force qui le ferait accéleré?). Lorsque tu cours, tu fournis une impulsion dirigée en partie en dircection du sol, en partie en arrière (la preuve: si tu cours sur quelque chose de pas fixé, tu l'envoie en arriere et tu dérapes). En réaction, le sol te fournit une force en partie dirigée normalement à lui (qui t'empeche de t'enfoncer) et en partie vers l'avant, qui te fait avancer. C'est cette force dirigé vers l'avant qui travail. Le fait que la vitesse des points de contact soient nuls nous informe qu'il n'y a pas de force de frottement. Donc il va avoir 2 forces qui vont travailler: la force de pesanteur et la force de contact. En sachant calculer quel sera le travail de la force de pesanteur durant le trajet, et la différence d'enrgie cinétique entre le début et la fin du trajet il ne te reste plus qu'à faire petit bilan pour trouver le travail des forces de contact.

[calculair]

2. Les points des chaussures du coureur en contact avec le sol ont une vitesse nulle dans un référentiel terrestre. En déduire la valeur du travail de ces forces de contact lors du parcours A-B.

Réponse : Je pense que la valeur de ce travail n'est pas nulle mais je n'ai aucun calcul qui le prouve.

Là tu fais une erreur; Le travail c'est le produit scalaire des vecteurs Forces par deplacement

Si le pied ne glisse pas, le travail des forces de contacts est nulle. Cela ne serait pas le cas si le pied glisse sur le sol. dans ce cas la force la projection horizotale des forces de contacts ( de la reaction du sol ) absorberait une partie de l'effort du coureur. ( Sur la glace la quasi totalité!!)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite87cc3695]

D'accord pour la 1.
Par contre pour la 2 je trouve 0 par reflesion mais je ne suis pas du tout sur . Faut-il faire intervenir al tension de la jambe dans le calcul ?

[invitea46d7942]

non, le travail n'est pas nul. Voir mon message en haut que tu as dû louper.

[calculair]

D'accord pour la 1.
Par contre pour la 2 je trouve 0 par reflesion mais je ne suis pas du tout sur . Faut-il faire intervenir al tension de la jambe dans le calcul ?

La force qui travaille pour faire avancer le coureur est celle qui est transmise par la jambe vers le centre de gravité du coureur.C'est la composante dans le sens du deplacement qui fournit le travail moteur.

[invite87cc3695]

D'accord c'est bon j'ai reussi a calculer pour la question 2;
Maintenant il me reste que la question 4 qui me pose problème. J'ai reussi a répondre aux autres

[calculair]

4. Juste après le départ, le centre de gravité du coureur s'èléve. Quel est le signe de Epp(B) - Epp(A) ?

Réponse : Epp(B) = mgz(B) et Epp(A) = mgz(A) z(B) > z(A) car le centre de gravité du coureur s'élève donc Epp(B) - Epp(A) est positif.

ça me parait exact ,

[invite87cc3695]

Je suis désolé calculair je voulais dire la question 5.
En effet la 4 est évidente la reponse est dans la question.

[invitea46d7942]

Si le pied ne glisse pas, le travail des forces de contacts est nulle

La force qui travaille pour faire avancer le coureur est celle qui est transmise par la jambe vers le centre de gravité du coureur.C'est la composante dans le sens du deplacement qui fournit le travail moteur.

Oublions la complexité du corps humain: si le travail de la force de contact est nul, quelle est la force qui fait avancé ce corps? Comme je l'ai indiqué, il me semble que le fait que la vitesse des points de contacts soit nulle signifie seulement que la force de frottement est nulle, mais pour avancer, il reste indispensable d'avoir un contact avec le sol...

[invite87cc3695]

oui tout a fait d'accord pas de soucis pour la 2 maintenant . il me reste uniquement la question 5

[calculair]

Oublions la complexité du corps humain: si le travail de la force de contact est nul, quelle est la force qui fait avancé ce corps? Comme je l'ai indiqué, il me semble que le fait que la vitesse des points de contacts soit nulle signifie seulement que la force de frottement est nulle, mais pour avancer, il reste indispensable d'avoir un contact avec le sol...

Oui tu as raison, pour avancer cette force de contact existe.

Il est dit que le point de contact ne glisse pas
Pour dire les choses simplement
Le travail à ce niveau est donc
Force de contact x deplacement nul = 0 joule

Ou est l'erreur ?

[invite87cc3695]

Passons ^^ juste si vous pouvez mindiquer comment resoudre la quesion 5 svp

[invitea46d7942]

Je suis désolé calculair je voulais dire la question 5.
En effet la 4 est évidente la reponse est dans la question.

Non, la variation de l'énergie interne est négative, sinon on risquerait de pouvoir crée un mouvement perpétuel. (il pourrait faire le tour du monde s'en s'arreter et sans manger et revenir au point de départ avec plus de pêche qu'il en était parti) L'effort fournit , donc l'énergie utilisée pour arriver en haut est au moins égal (mais dans la pratique toujours supérieur) à la différence d'énergie potentielle

[invite87cc3695]

Merci beaucoup pour votre aide. C'est vrai que la question 2. est mal formulée.
En tout cas merci pour le reste j'ai compris l'essentiel.
J'espere vous retrouver pour d'autre enigmes au revoir et bonne nuit

[calculair]

Par un bilan énergétique, donner aors le signe de la variation de l'énergie interne U(B) - U(A) du coureur. Interlpréter cette variation à partir de vos connaissances en biologie.

Réponse : U(B) - U(A) est positif car l'énergie interne dépend de l'énergie potentielle de pesanteur et de l'énergie cinétique


L'energie cinetique du coureur a augmenté
son energie potentielle a augmenté

Par contre le coureur a perdu de la chaleur par rayonnement

Globalement il a transforme ces reserves energetiques biologiques pour augmenter son energie cinetique et potentiel, et il a perdu de l'énergie par effet joule

L'enrgie interne du coureur à donc diminuée, ( d'ailleurs s'il coure trop lontemps et consomme toute son energie interne, il s'écroule d'epuisement!)

[invitea46d7942]

Oui tu as raison, pour avancer cette force de contact existe.

Il est dit que le point de contact ne glisse pas
Pour dire les choses simplement
Le travail à ce niveau est donc
Force de contact x deplacement nul = 0 joule

Ou est l'erreur ?

Force de contact x deplacement du centre de gravité
ce n'est pas le déplacement des points de contacts qui nous interesse, mais le déplacement du centre de gravité du corps, les points de contact n'étant que les intermédiaires par lesquels cette force se transmet.

[calculair]

Force de contact x deplacement du centre de gravité
ce n'est pas le déplacement des points de contacts qui nous interesse, mais le déplacement du centre de gravité du corps, les points de contact n'étant que les intermédiaires par lesquels cette force se transmet.

Oui je suis 100% d'accord
Le travail moteur s'effectue bien au niveau du centre de gravité.

A ce niveau on a bien une force qui se déplace. Je suis aussi d'accord que cette force a pris naissance au niveau de la réaction de la chaussure.

C'est peut être une question d'interpretation, mais pour moi c'est choquant de dire qu'une force qui ne se deplace pas travaille...

As tu une autre interpretation?

Cordialement

[invitea46d7942]

1.
. Une reaction horizontale qui va permettre au courreur de prendre de la vitesse.

Si tu n'es pas convaincu, ce que tu dis sur cette citation est tout à fait exact: la force de réaction horizontale fait prendre de la vitesse au coureur: or, une force qui fait augmenté la célérité n'est (presque part définition) rien d'autre qu'une force qui travaille.

[invitea46d7942]

Oui je suis 100% d'accord
Le travail moteur s'effectue bien au niveau du centre de gravité.

A ce niveau on a bien une force qui se déplace. Je suis aussi d'accord que cette force a pris naissance au niveau de la réaction de la chaussure.

C'est peut être une question d'interpretation, mais pour moi c'est choquant de dire qu'une force qui ne se deplace pas travaille...

As tu une autre interpretation?

Cordialement

Par exemple, tapons une balle avec une batte de baseball: le point de contact sera en premiere approximation unique et ne se déplacera pas, et pourtant, la force transmise sur ce point de contact travaillera puisqu' elle sera à l'origine du fait que la balle prend de la vitesse.
Ce n'est pas la force qui se déplace mais l'objet sur laquelle elle est aplliquée. La seule chose de la force à prendre en considération, c'est sa direction et son intensité.
Bonne nuit , à +!

[calculair]

Si tu n'es pas convaincu, ce que tu dis sur cette citation est tout à fait exact: la force de réaction horizontale fait prendre de la vitesse au coureur: or, une force qui fait augmenté la célérité n'est (presque part définition) rien d'autre qu'une force qui travaille.

Je pense que sur l'nterpretation globale tu n'as pas tord, mais tu ne peux pas dire qu 'une force dont le point d'application est immobile travaille.

La force qui fournit le travail au coureur est donc ailleurs; Elle est évaluée plus rigoureusement au niveau du centre de gravité. A ce niveau c'est absolument indiscutable on a une force et un deplacement non nul. C'est conforme alors aux régles de la mecanique physique.

J'espère que Portoricain, n'est pas trop perturbé par cette discussion et qu'il s'est construit une vision claire. C'est je crois l'essentiel, et peut être il dira ce qu'il en pense si il suit encore cette discussion. Cela permettra sans doute d'ajuster les discours pour une bonne compréhension des phénomènes physiques.

[calculair]

Tu dits "La seule chose de la force à prendre en considération, c'est sa direction et son intensité."

Excuses moi Niels Adribohr je ne suis pas d'accord avec cette formulation.

Dans le cas de ta balle dirons nous, nous sommes plus dans des théorèmes de conservation de la quantité de mouvement global et de l'energie cinétique que dans les calculs de forces qui travaillent notamment si tu dits qu'au moment du choc le deplacement est nul

Bien cordialement

[invite87cc3695]

Oui je lis attentivement votre discussion. C'est vrai que la question 2. peut etre interprété de facons différentes. Je pense personnelement que la force de contact n'est pas nulle car le coureur avance.

[calculair]

Oui je lis attentivement votre discussion. C'est vrai que la question 2. peut etre interprété de facons différentes. Je pense personnelement que la force de contact n'est pas nulle car le coureur avance.

Bonjour,
La force de conctact n'est pas nulle. c'est vraie
Ton enoncé dit "Les points des chaussures du coureur en contact avec le sol ont une vitesse nulle '

Cela signifie que cette force ne se deplace pas

Donc son travail est nul.

Cela ne serait pas le cas si il y avait un glissement, et donc un deplacement, dans ce cas seulement nous pourrions calculer à ce niveau un travail.

La bonne façon de calculer le travail qui fait avancer le coureur, C'est de considerer le deplacement du centre de gravité du coureur. Celui-ci se deplace selon la direction AB
Le travail est le produit de la projection de la force de reaction de la chaussure sur la direction du deplacement du centre de gravité et multiplier par la distance AB.

[invitea46d7942]

Je pense que sur l'nterpretation globale tu n'as pas tord, mais tu ne peux pas dire qu 'une force dont le point d'application est immobile travaille.

La force qui fournit le travail au coureur est donc ailleurs; Elle est évaluée plus rigoureusement au niveau du centre de gravité. A ce niveau c'est absolument indiscutable on a une force et un deplacement non nul. C'est conforme alors aux régles de la mecanique physique.

.

Salut!
pour dire clairement ce qu'il se passe, la clef du "paradoxe" c'est que les points d'applications de la force de contact ne sont pas les points de contacts, mais le centre de gravité du corps. La force se transmet sur le point de gravité par l'intermédiaire des jambes, mais il n'en reste pas moins que l'origine de ses forces sont les forces de contacts, car un corps seul ne peut pas augmenter sa vitesse de lui même: il est obligé de faire appel à des forces exctérieurs, et ses forces extérieurs ne peuvent être dans notre cas que les forces de contact.

[invitea46d7942]

Tu dits "La seule chose de la force à prendre en considération, c'est sa direction et son intensité."

Excuses moi Niels Adribohr je ne suis pas d'accord avec cette formulation.

Dans le cas de ta balle dirons nous, nous sommes plus dans des théorèmes de conservation de la quantité de mouvement global et de l'energie cinétique que dans les calculs de forces qui travaillent notamment si tu dits qu'au moment du choc le deplacement est nul

Bien cordialement

Nous sommes dans un probleme qui peut très bien se modéliser dans le cadre de la mécanique du point, dans laquelle il est sous-entendu que la force appliquée au corps sera appliqué à son centre de gravité (il n'est donc pas nécessaire de préciser d'où vient cette force, quelle est son origine, comment elle se transmet): dans pareil cas, nous avons besoin de deux informations pour pouvoir fair le calcul du travail:
-la direction de la force de contact et sa norme
-le déplacement du centre de gravité de l'objet à laquelle la force est aplliquée.

D'autres part, même si c'est inutile, on pourait très bien raisonné par conservation de la quantité de mouvement dans notre probleme (et oui en augmentant notre quantité de mouvement, on transmet une quantité de mouvement à la Terre dans la direction opposée, même si vu sa masse, ça ne lui fait pas grand chose).

[invitea46d7942]

Bonjour,
...
Le travail est le produit de la projection de la force de reaction de la chaussure sur la direction du deplacement du centre de gravité et multiplier par la distance AB.

Oui? c'est exact, alors pourquoi en conclue tu que le travail est nul? La projection de la force de travail sur la direction du déplacement du centre de masse n'est pas nul, tu l'as dit toi même, et le déplacement du centre de masse n'est pas nul non plus, par quelle miracle le travail serait-il nul?

Bon sur ceux, je repars, peut être à plus tard, ciao!!

[calculair]

Salut!
pour dire clairement ce qu'il se passe, la clef du "paradoxe" c'est que les points d'applications de la force de contact ne sont pas les points de contacts, mais le centre de gravité du corps. La force se transmet sur le point de gravité par l'intermédiaire des jambes, mais il n'en reste pas moins que l'origine de ses forces sont les forces de contacts, car un corps seul ne peut pas augmenter sa vitesse de lui même: il est obligé de faire appel à des forces exctérieurs, et ses forces extérieurs ne peuvent être dans notre cas que les forces de contact.

Bonjour,

Je préfère cette formulation qui elle est exact à mon sens.

Une remarque; Je pense qu'il faut éviter dans toute la mesure du possible des formulations inexactes ou approximatives, car elle peuvent dans des configurations plus complexes que le cadre dans lequel on les exprime provoquer des difficultes de comprehensions ou des erreurs de raisonnement.


J'espère que tu ne me tiendras pas rigueur de mon pinaillage..............

Bien cordialement

[invitea46d7942]

Bonjour,

Je préfère cette formulation qui elle est exact à mon sens.

Une remarque; Je pense qu'il faut éviter dans toute la mesure du possible des formulations inexactes ou approximatives, car elle peuvent dans des configurations plus complexes que le cadre dans lequel on les exprime provoquer des difficultes de comprehensions ou des erreurs de raisonnement.


J'espère que tu ne me tiendras pas rigueur de mon pinaillage..............

Bien cordialement

Re-salut! Je ne te tiens pas rigueur de ce pinailliage, mais je me permet à mon tour de pinaillier amicalement sur le fait qu'il ne me semble pas que mes formulations antérieures étaient inexactes. Elles étaient sans doute moins clair, mais pas inexactes. Dans mes anciennes formulations je sous entendait implicitement que la force s'applique au centre de gravité, car il s'agit là d'un résultat bien connu de la mécanique. Je t'accordes que mon exemple de la balle de baseball était inutile à une meilleur compréhension du problème.


Pour que notre ami portoricain y voit clair, je voudrais résumer mon point de vue:
-Dans la première question, on nous demande de faire la liste des forces de contact: on se fiche de la strucure du corps de l'athlète, et on sous-entend donc que n'importes quelles forces seront appliqué à son centre de masse: on répond alors que ces forces sont
1)la réaction du sol dont la projection dans le sens du déplacement a une incidence sur la vitesse
2)les forces de frottements qui ont également une incidence.

-Dans la question 2) on nous demande d'évaluer les travaux des forces contacts, en nous disant que la vitesse des points de contacts est nul. La mécanique du solide nous apprend que lorsque la vitesse des points de contact est nulle, il n'y a pas de force de frottement. Cette hypothèse concerne donc uniquement les forces de frottements, et pas du tout la force de réaction. Tu peux donc traduire "la vitesse des points de contacts est nul"
par " Ffr=0" , cette derniere égalité étant la seule chose qui nous interesse dans le cadre de logique mathématique du problème.
On répond en utilisant le théorème de l'énergie cinétique : la somme des travaux des forces est égale au changement d'énergie cinétique. On calcul le travail de pesanteur Wp et le changement d'énergie cinétique 1/2m(vf²-vi²) et on en déduit que le travail de la force de réaction est Wr= 1/2m(vf²-vi²) - Wp (fait attention car le travail de pesanteur sera négatif et - + - ça fait +)