Une energie en vaut-elle une autre ?

[invitec6c89d11]

Bonjour, je trouve le résultat d'un raisonnement largement contre-intuitif, toutefois je n'y trouve pas d'erreur :


Tout d'abord, par l'analyse dimensionnelle :

e=mc² donc la dimension d'une énergie est [ML²/T²]
f=Ma donc la dimension d'une force est [ML/T²].

Je sais qu'il y a un lien entre l'énergie et la force (parce qu'on me l'a dit à l'école), donc quitte à identifier m et M, je peux en déduire qu'une energie est une force multipliée par une distance.

Maintenant, j'essaye de le traduire :

par "force multipliée par une distance", je comprends que si j'exerce une force connue sur un objet sans discontinuer sur une distance connu, alors la multiplication de ces deux valeurs me renseigne sur l'énergie que je lui ais communiqué.

Prenons l'exemple d'une flèche. Porteuse d'une énergie cinétique , elle va pénétrer sur une longueur k une cible.
Or, si j'applique à l'arrêt la même flèche sur la même cible, et que je lui applique une force de f newton, avec f = , jusqu'à ce qu'elle se soit enfonçée de k cm, d'après de ce qui précède, je lui ais communiqué une énergie qui égale l' initiale.

Seulement voilà. Si la force est trop faible, il n'y aura pas d'enfoncement. Pourtant, je dépense bien de l'énergie, à la pousser, cette flèche !
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[Cassano]

Absolument pas. Si tu pose ta fleche contre ta cible, mais que tu n'appuye pas assez fort pour la faire enfoncer de la même distance, tout ce que tu fait c'est communiquer assez d'énergie à la fleche pour pas qu'elle ne tombe (attirée par le sol et la gravité, bougresse qu'elle est!), mais tu n'en dépensera pas pour l'enfoncer.

Par ailleurs, toutes les énergies ne correspondent pas à une force x distance. Il ne s'agit la que de la définition du travail d'une force.

Enfin, dernier point, le matériau ne va pas réagir pareil en fonction de la vitesse de la pointe, et enfoncer doucement une fleche sur la meme longueur ne correspondra probablement pas à une dépense d'énergie égale à celle de la fleche envoyée avec un arc.

[invitec6c89d11]

Tout d'abord, merci pour votre attention.

Bien.

J'exerce une force qui maintient la flèche, mais ne l'enfonce pas.

Supposons qu'en doublant la force, il n'y ait toujours pas d'enfoncement. Où est dissipé le (travail, force,... je ne sais même pas quelle terme utiliser) supplémentaire fourni ?

[invité576543]

Une tentative de réponse, peut-être à côté de la plaque, j'ai pu me tromper dans ma lecture "entre les lignes" de la question.

Il y a une difficulté avec l'énergie, discutée dans le temps, qu'on peut exprimer comme suit: si je tiens à bout de bras un poids de 10 kg, et que tout est immobile, je vais fatiguer et on peut montrer que mes muscles ont consommé pas mal d'énergie juste pour tenir une position statique.

Il n'y a pourtant aucun travail (produit d'une force par un déplacement) puisque par hypothèse le poids est immobile.

Si le poids est soutenu par un support, c'est clair qu'il n'y a pas d'énergie de consommée! C'est donc la physiologie humaine qui est en cause, précisément l'impossibilité de bloquer les articulations.

C'est la même chose si on cherche à enfoncer une flêche dans un matériau dur: même si tout est immobile, notre physiologie est ainsi faite qu'on consomme de l'énergie quand même. Elle ne passe pas dans la flêche ou le matériau, elle passe dans des mouvements imperceptibles de contraction/relâche des fibres musculaires qui sont nécessaires à garder les articulations dans des positions de déséquilibre.

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jackyzgood]

Aussi bizarre que ça puisse paraitre, on ne dépense pas plus d'énergie pour porter un sac de 10kg, qu'un sac de 15kg. Car comme tu l'as dis le travail d'une force est proportionnel a la longueur du déplacement (en réalité c'est un produit scalaire). Donc s'il n'y a pas de déplacement il n'y a pas d'énergie dépensé. Pour la flèche il en est de même, si elle ne pénètre pas la cible il n'y a pas de travail.

[invité576543]

Aussi bizarre que ça puisse paraitre, on ne dépense pas plus d'énergie pour porter un sac de 10kg, qu'un sac de 15kg.

Si, si.

Si on mesurais ta consommation d'oxygène (un bon indicateur de la dépense énergétique), on constaterait une consommation plus élevée avec 15 kg qu'avec 10 kg.

Par contre le travail fourni est le même (nul).

La différence est entre la dépense et ce qu'on fournit!

On peut dépenser plus en ne produisant pas plus

Cordialement,

[invitec6c89d11]

C'est à dire, si un poids est retenu par un piston actionné par un moteur électrique, il y a une consommation d'énergie qu'on peut mettre en évidence avec un ampèremètre. Si il est retenu par un ressort, il n'y a pas de consommation d'énergie. C'est bien ça ?

Quel serait le domaine de validité de l'expression travail=force*distance ? L'énergie cinétique n'exerce pas un travail ?

on ne dépense pas plus d'énergie pour porter un sac de 10kg, qu'un sac de 15kg

Dans ce cas, on prend un support indéformable, c'est bien ça ?

Il y a une difficulté avec l'énergie, discutée dans le temps, qu'on peut exprimer comme suit: si je tiens à bout de bras un poids de 10 kg, et que tout est immobile, je vais fatiguer et on peut montrer que mes muscles ont consommé pas mal d'énergie juste pour tenir une position statique.

Y-a-t-il un ancien fil qui traite de ce sujet ?

Merci.

[Jackyzgood]

Il est vrai que si, comme tu l'as dis, on prend en compte notre physiologie il y a effectivement de l'énergie dépensé. De toute façon, même a rien faire on dépense de l'énergie pour rester en vie . Ma réponse était uniquement sur le travail d'une force.

[sitalgo]

Seulement voilà. Si la force est trop faible, il n'y aura pas d'enfoncement. Pourtant, je dépense bien de l'énergie, à la pousser, cette flèche !

Pas d'enfoncement ne veut pas dire que l'énergie fournie ne sera pas dépensée mais ce sera en chaleur.
Ca veut simplement dire que le système utilisé n'est pas efficace pour sa finalité mais comme système de chauffage c'est efficace à 100%.
J'ai dit efficacité pour éviter rendement qui aurait amené des débats sans fin.

[invitec6c89d11]

Oui c'est vrai qu'on peut penser que les pertes sont thermiques, mais quel phénomène pourrait produire de la chaleur sans mouvement ? Une agitation microscopique au moint d'application ?

Ca me gëne de considérer ça comme un chauffage car ça reviendrait à dire que tenir un solide, mais trop peu pour le comprimer, le chauffe continuellement !


Mieux : soit deux dés posés l'un sur l'autre. Le dé supérieur exerce une force continuelle sur l'inférieur, donc le chauffe indéfiniment !

Peut-être que c'est là qu'on voit qu'on peut appliquer une force sans dépenser d'énergie, et s'en servir pour revenir à l'exemple... ou pas.

[Jackyzgood]

J'ai une petite histoire que m'a raconté un prof de fac qui faisait de la calorimétrie, mais entre 0.2 et 3 K ! Il nous avait dit qu'une fois l'échantillon prêt dans la salle d'analyse il ne fallait plus y mettre les pieds car les vibrations engendré réchauffait l'échantillon et donc perturbait la mesure !

En fait n'importe quel phénomène produit de la chaleur, mais ce n'est pas toujours observable.

[invite414c9702]

Mieux : soit deux dés posés l'un sur l'autre. Le dé supérieur exerce une force continuelle sur l'inférieur, donc le chauffe indéfiniment !

Je ne pense pas que le raisonnement soit correct parce que s'il y a production de chaleur c'est qu'il y a transformation d'une énergie en énergie thermique. Or dans le cas des dés, il n'y a pas d'énergie qui est dépensée.
(je suis très loin d'être un pro de la physique donc ce n'est vraiment que mon avis )

[invite34aa85ff]

salut

pour info un être humain à puissance moyenne de 100W, elle est plus basse quand l'on dort et augmente pendant un effort (intellectuel aussi, le cerveaux dépensant plus d'énergie quand il est sollicité).

l'essentiel de cette puissance sert à maintenir notre corps à 37°C, cette énergie est dissipé sous forme de chaleur et en partie de vapeur d'eau.

donc

Ca me gëne de considérer ça comme un chauffage car ça reviendrait à dire que tenir un solide, mais trop peu pour le comprimer, le chauffe continuellement !

pour le cas ou on utilise nos muscles, à cause de leur physiologie, ils sont sans cesse actionnés, ils ne peuvent rester bloqués. Mais dans ce cas c'est plus nos muscles qui chauffent que l'objet en question.

[invitec6c89d11]

Ca me gëne de considérer ça comme un chauffage car ça reviendrait à dire que tenir un solide, mais trop peu pour le comprimer, le chauffe continuellement !

pour le cas ou on utilise nos muscles, à cause de leur physiologie, ils sont sans cesse actionnés, ils ne peuvent rester bloqués. Mais dans ce cas c'est plus nos muscles qui chauffent que l'objet en question.

Bien sûr, d'où l'exemple des dés. Je me retrouve souvent avec des phénomènes négligeables dans mes exemples, mais c'est eux qui m'intéressent ! Il faut voir ça comme des expériences de pensée...

Mieux : soit deux dés posés l'un sur l'autre. Le dé supérieur exerce une force continuelle sur l'inférieur, donc le chauffe indéfiniment !

En fait c'était une tentative de contre-exemple de

Pas d'enfoncement ne veut pas dire que l'énergie fournie ne sera pas dépensée mais ce sera en chaleur.
Ca veut simplement dire que le système utilisé n'est pas efficace pour sa finalité mais comme système de chauffage c'est efficace à 100%.
J'ai dit efficacité pour éviter rendement qui aurait amené des débats sans fin.

[invité576543]

Y-a-t-il un ancien fil qui traite de ce sujet ?

Oui, mais il ne doit pas être facile à retrouver.

Cordialement,

[invité576543]

Bien sûr, d'où l'exemple des dés. Je me retrouve souvent avec des phénomènes négligeables dans mes exemples, mais c'est eux qui m'intéressent !

Les deux cas sont différents.

Dans les cas des dés, il n'y a aucune chaleur générée pour que la situation reste statique. La question n'est pas se savoir si c'est négligeable ou non, c'est de réaliser qu'il n'y aucune nécessité à une dépense d'énergie. Et il n'y en a pas, et il n'y a pas de génération de chaleur: facile à vérifier, on les met dans une enceinte isolée et on ne constate aucune augmentation de température.

Dans le cas des muscles, c'est différent. La consommation d'énergie n'est pas négligeable du tout, elle se mesure très bien (comme déjà dit par exemple par mesure différentielle de la consommation d'oxygène entre le cas poussée faible sur la flêche et et poussée forte sur la flêche).

Ce qui bouge est clair : les molécules d'actine et de myosine dans les muscles. Où passe l'énergie est clair aussi: en chaleur supplémentaire dans les muscles, dissipée ensuite par les poumons et la peau, via un transport par le sang, (qui serait mesurable par une augmentation de température en mettant le sujet dans une enceinte isolée, augmentation plus élevée dans le cas avec effort statique que dans le cas sans).

C'est à dire, si un poids est retenu par un piston actionné par un moteur électrique, il y a une consommation d'énergie qu'on peut mettre en évidence avec un ampèremètre. Si il est retenu par un ressort, il n'y a pas de consommation d'énergie. C'est bien ça ?

Dans le cas du ressort, oui. Dans le cas du moteur électrique, cela dépend complètement du dispositif.

Je ne saurais pas citer de machine qui soit comparable au vivant dans ce domaine.

Le vivant utilise une méthode dynamique pour maintenir une position hors équilibre naturel: les muscles antagonistes agissent les uns contre les autres. Il n'y a pas (en général) de mécanisme de blocage d'une articulation dans une position quelconque, et le maintien d'une position est obtenu en tirant dans les deux sens opposés à la fois. Cela permet un réglage fin par boucle de rétroaction, réglage obtenu en faisant varier finement la tension appliquée par l'un ou l'autre des muscles en opposition. Cette méthode consomme de l'énergie, transformée en chaleur, mais permet un contrôle fin de la position pour une vaste gamme de positions.

Cordialement,

[sitalgo]

Je ne saurais pas citer de machine qui soit comparable au vivant dans ce domaine.

Dans les trucs qui consomment pour ne rien faire : l'hélicoptère en vol stationnaire, faire patiner l'embrayage pour maintenir la voiture immobile sur une pente au lieu d'utiliser les freins.
Dans le premier cas c'est justement un des intérêts de l'hélicoptère, dans le second c'est pas malin.

[invité576543]

Dans les trucs qui consomment pour ne rien faire : l'hélicoptère en vol stationnaire, faire patiner l'embrayage pour maintenir la voiture immobile sur une pente au lieu d'utiliser les freins.

Bien vu.

Je cherchais quelque chose où les deux actions antagonistes étaient dues à des moteurs, mais on peut se contenter d'un seul côté comme dans les cas que tu cites.

Cordialement,

[physikaddict]

Bonjour,

On peut dépenser plus en ne produisant pas plus

A sortir à son patron

Y-a-t-il un ancien fil qui traite de ce sujet ?

On en parle un peu ici ... mais bon...

Dans les trucs qui consomment pour ne rien faire : l'hélicoptère en vol stationnaire

Il est statique(donc il ne fait rien ), mais il fait quelque chose, il "lutte" contre son poids.

Cordialement,

[invité576543]

Il est statique(donc il ne fait rien ), mais il fait quelque chose, il "lutte" contre son poids.

En le mettant sur un support, ça lutte tout aussi bien (ou mieux) contre le poids et ça consomme bien moins de kéro.

Le parallèle entre l'hélicoptère et la physiologie humaine (celle des vertébrés en général) est très bon, parce que dans les deux cas on cherche à pouvoir rester stationnaire dans des lieux (positions) très variés et même imprévus.

Le choix d'une technique consommant beaucoup d'énergie en statique (et non une très économe comme le support pour l'hélicoptère) est justifié par la liberté de mouvement qui est gagnée par ailleurs.

Cordialement,

[physikaddict]

En le mettant sur un support, ça lutte tout aussi bien (ou mieux) contre le poids et ça consomme bien moins de kéro.

Le parallèle entre l'hélicoptère et la physiologie humaine (celle des vertébrés en général) est très bon, parce que dans les deux cas on cherche à pouvoir rester stationnaire dans des lieux (positions) très variés et même imprévus.

Le choix d'une technique consommant beaucoup d'énergie en statique (et non une très économe comme le support pour l'hélicoptère) est justifié par la liberté de mouvement qui est gagnée par ailleurs.

Cordialement,

Je ne le contestais aucunement et effectivement le parallèle humain / hélicoptère est bien valable dans cette situation. Je voulais, même si ça n'était pas dit très clairement , insister sur la dépense d'énergie de l'hélico dans les airs pour s'y maintenir et le mettre en contraste avec la position, statique elle aussi, sur le sol, bénéficiant de la réaction du support. Mais vous avez raison de signaler ceci :

Le choix d'une technique consommant beaucoup d'énergie en statique (et non une très économe comme le support pour l'hélicoptère) est justifié par la liberté de mouvement qui est gagnée par ailleurs.

Cordialement, bonne soirée.