Roulement sans glissement et énergie mécanique

[socomajor]

Bonjour !

Je vous soumet une petite question :

Quand une bille roule sans glissement, y a-t-il conservation de l'énergie mécanique ?
( Elle n'est soumise qu'à son poids et à la réaction de contact avec le support sur lequel elle roule )

En lisant la correction d'un exercice, il semble que cette affirmation est utilisée, mais je ne comprends pas pourquoi ce serait effectivement le cas...

Car ( pour moi ) la réaction du support contient une composante tangentielle qui n'est pas conservative.

Si quelqu'un pouvait éclairer ma lanterne, je l'en remercie d'avance
-----

[misterdealer]

Par définition, lorsqu'il n'y a aucun glissement, il n'y a alors aucune composante tangentielle. Le support n'agit donc que par réaction du poids (force de direction opposée au poids).

[socomajor]

Merci de ta réponse, mais cependant :

Ddans mon cours on écrit bien que l'hypothèse de non glissement est valide tant que
T<f*N
( T la norme de la composante tangentielle et N la norme de la composante normale )
Il y aurait donc bien une composante tangentielle.

De même, assez intuitivement, si on a un objet à l'équilibre ( donc pas de glissement ) sur un plan incliné, on a forcément une réaction tangentielle située vers le haut.

(force de direction opposée au poids)

Si c'était vrai, cela impliquerait de toute façon une composante tangentielle sur un plan incliné car la direction du poids n'est pas orthogonale au plan..


Bref, je suis pas convaincu :S

[LPFR]

Bonjour.
Vous n'avez pas précisé que vous parliez d'un plan incliné. Misterdealer vous a répondu en pensant à un plan horizontal.

Si c'est sur un plan incliné, il y a effectivement une composante tangentielle dont une des conséquences est d'augmenter le moment angulaire (cinétique) de la bille (accélérer sa rotation).

Et l'énergie mécanique se conserve aussi longtemps qu'il n'y a pas de glissement et donc, que les forces de friction ne travaillent pas. Ceci est vrai, comme vous le dites, aussi longtemps que la fore tangentielle est plus petite que la force nécessaire pour faire glisser (µN).
(Je trouve idiot d'utiliser 'f' pour les coefficients de friction, alors qu'on est en train de travailler avec des forces. Mais il faut croire que les enseignants ne peuvent concevoir que les élèves soient capables de comprendre que l'on peut utiliser une lettre qui ne soit la première de la grandeur qu'elle représente. Ils prennent leurs élèves pour des... imbéciles).
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[socomajor]

Bonjour.
Vous n'avez pas précisé que vous parliez d'un plan incliné. Misterdealer vous a répondu en pensant à un plan horizontal.

Si c'est sur un plan incliné, il y a effectivement une composante tangentielle dont une des conséquences est d'augmenter le moment angulaire (cinétique) de la bille (accélérer sa rotation).

Et l'énergie mécanique se conserve aussi longtemps qu'il n'y a pas de glissement et donc, que les forces de friction ne travaillent pas. Ceci est vrai, comme vous le dites, aussi longtemps que la fore tangentielle est plus petite que la force nécessaire pour faire glisser (µN).
(Je trouve idiot d'utiliser 'f' pour les coefficients de friction, alors qu'on est en train de travailler avec des forces. Mais il faut croire que les enseignants ne peuvent concevoir que les élèves soient capables de comprendre que l'on peut utiliser une lettre qui ne soit la première de la grandeur qu'elle représente. Ils prennent leurs élèves pour des... imbéciles).
Au revoir.

Merci de votre réponse.
Donc si la composante tangentielle a pour effet d'augmenter la moment cinétique, j'en d'après le théorème du moment cinétique ( ou dynamique, je ne sais jamais trop comment l'appeler ) qu'elle est dirigée vers le haut de la pente.

Mais pour qu'il y ait conservation de l'énergie mécanique, il faut que le travail des actions non conservatives soit nul ( d'après le théorème de l'énergie mécanique qui affirme que la variation d'énergie mécanique vaut le travail des actions non conservatives )


Vous dites qu'il y a conservation de l'énergie mécanique ici, donc j'en conclus que le travail de la composante tangentielle doit être nul car elle est non conservative ( le travail de la réaction normale étant nul de toute manière ).

Or puisque cette action est non nulle et dirigée tout le temps vers le haut de la pente, comment son travail peut-il être nul ?


Comprenez-bien que je n'essaie pas de remettre votre affirmation en cause ou de vous contrarier
J'essaie simplement de comprendre, de concilier mon cours et ce résultat.


Ps : en ce qui concerne la notation du coefficient de frottement, il ne s'agit après tout que d'une notation , et nous ne notons les forces quasi exclusivement qu'avec des lettres majuscules ( bien que je ne vois pas non plus d'objection à utiliser µ ), du moment que tout le monde se comprend.

[LPFR]

...
Vous dites qu'il y a conservation de l'énergie mécanique ici, donc j'en conclus que le travail de la composante tangentielle doit être nul car elle est non conservative ( le travail de la réaction normale étant nul de toute manière ).
...

Re.
D'où sortez-vous que la force tangentielle est non-conservative?
Elle est conservative (dans cet exemple). Et le travail qu'elle fait est transformé en énergie de rotation de la bille.

S'il y avait glissement, une partie du travail fait par cette force se transformerait en chaleur et une autre partie en énergie de rotation.

Au lieu d'essayer d'appliquer des "Grands Théorèmes de Truc" ou le "Principes Fondamentaux de Machin", essayez plutôt de "voir" ce qui se passe au niveau de la bille. Ce n'est qu'une fois que vous aurez compris ("vu") ce qui se passe, que vous pourrez utiliser les théorèmes ou les lois adéquates pour calculer.
A+

[socomajor]

Très bien, mon erreur venait du fait que je pensais que cette force était non conservative.

y a-t-il un moyen simple de voir qu'elle est ( autre que de calculer son travail et de voir qu'il ne dépend que du point de départ et d'arrivé )
( ce que je vais tout de même essayer tout de suite )

J'ai bien essayé de "voir" ce qui se passe, mais je ne sais pas du tout comment me rendre compte simplement du fait que toute l'énergie est convertie en mouvement ou s'il en résulte une chaleur. Mais puisque cela vous semble simple j'aimerai savoir comment m'en convaincre.

[ansset]

c'est simplement la différence entre les forces de frottement statique et les forces de frottement cinétique.

et dans ce cas , c'est bien une force de frottement statique, et elle n'induit donc pas de perte calorifique.

même si la bille roule, le point de contact lui a tj une vitesse nulle ( ce point depend de l'instant t) , ce n'est plus le même point à t+dt.
( ni pour la bille, ni pour la surface )

[socomajor]

Oui je comprends mieux


Merci beaucoup ( à tous les intervenants ) !

A une prochaine !


PS : ça m'amène à ( encore ) une question :
Est-ce que ça a un sens de calculer le travail de cette force alors quelle change de point d'application à tout instant ?

[ansset]

Est-ce que ça a un sens de calculer le travail de cette force alors quelle change de point d'application à tout instant ?

non, cette force ne "travaille" pas.

[LPFR]

Très bien, mon erreur venait du fait que je pensais que cette force était non conservative.

y a-t-il un moyen simple de voir qu'elle est ( autre que de calculer son travail et de voir qu'il ne dépend que du point de départ et d'arrivé )
( ce que je vais tout de même essayer tout de suite )

J'ai bien essayé de "voir" ce qui se passe, mais je ne sais pas du tout comment me rendre compte simplement du fait que toute l'énergie est convertie en mouvement ou s'il en résulte une chaleur. Mais puisque cela vous semble simple j'aimerai savoir comment m'en convaincre.

Re.
Il faut que vous fassiez l'expérience dans votre tête et que vous voyiez si la boule glisse ou roule (ou les deux).
Si une surface glisse sur l'autre il y a friction et dégagement de chaleur: il y a de l'énergie mécanique transformée en chaleur.

Mais il n'y a pas de recette magique. Soit vous êtes capable de le voir et vous êtes doué pour la physique, soit vous n'êtes pas capable et vous n'êtes pas doué pur ça. Et je dis ça sans connotation péjorative. La plus part de gens très bien ne sont pas doués pour la physique (ou la musique, la sculpture, etc.).
A+

[ansset]

sisi pardon , je m'emballe , pardon !

[socomajor]

Re.
Il faut que vous fassiez l'expérience dans votre tête et que vous voyiez si la boule glisse ou roule (ou les deux).
Si une surface glisse sur l'autre il y a friction et dégagement de chaleur: il y a de l'énergie mécanique transformée en chaleur.

Mais il n'y a pas de recette magique. Soit vous êtes capable de le voir et vous êtes doué pour la physique, soit vous n'êtes pas capable et vous n'êtes pas doué pur ça. Et je dis ça sans connotation péjorative. La plus part de gens très bien ne sont pas doués pour la physique (ou la musique, la sculpture, etc.).
A+

Je ne pense en effet pas être un génie de la physique, mais j'essaie malgré tout de m'y intéresser.
Mais après explication je comprend bien de quoi vous parlez.

Je n'avais en fait pas vraiment fait de lien entre force conservative et dégagement de chaleur.



Merci pour votre aide !

[franticfranz]

Par définition, lorsqu'il n'y a aucun glissement, il n'y a alors aucune composante tangentielle. Le support n'agit donc que par réaction du poids (force de direction opposée au poids).

Bonjour,

Ce n'est pas dans mes habitudes de déterrer les anciens sujets, mais au gré de mes recherches je suis arrivé ici. Et les réponses m'interpellent !

Comment une bille peut-elle rouler sur un plan horizontal sans glissement ni adhérence ? (et donc sans composante tangentielle...)

(Je trouve idiot d'utiliser 'f' pour les coefficients de friction, alors qu'on est en train de travailler avec des forces.

µ n'est pas mieux, ça crée l’ambiguïté avec le préfixe "micro" très utilisé dans certains domaines de mécanique. µN peut se lire "micro-Newtons", même de la part d'un individu pas trop imbécile. Vous allez me rétorquer que "f" est le préfixe de femto... Bref, jusqu'à ce qu'on trouve une notation universelle, c'est un débat sans fin.

Mais il faut croire que les enseignants ne peuvent concevoir que les élèves soient capables de comprendre que l'on peut utiliser une lettre qui ne soit la première de la grandeur qu'elle représente.

Gardez à l'esprit que ce ne sont pas les enseignants qui font les sciences et leurs coutumes.