Paradoxe de l'ascension gravifique d'une masse !

[Rachilou]

Bonjour,

Je me pose une question ...

Est ce qu'il est bien convenu de dire que :

1°) L'intensité d'une force (F) nécessaire pour élever une masse (m) jusqu'à un point (A) situé à une hauteur (h) est égale au poids (P) de la masse (m) :
(F) = (P)
ou :
(F) et (P) en newton

2°) Le travail (T) de cette force (F) nécessaire pour élever cette masse (m) jusqu'au point (A) situé à la hauteur (h) est égale à l'intensité de la force (F) multiplié par la distance (d) à parcourir du point (p) de départ jusqu'au point (A)

(T) = (F)*(d )
ou :
(T) en joule),
(F ) en newton) et
(d) = (h en mètre)


Pour terminer :
3°) l'énergie transférée (énergie potentielle accumulée sur la position de la masse (m)) pour effectuer ce travail est aussi égale à :

E(p) = m*g*h
(m) en Kilogramme
(g) en m.s-² et
(h) (hauteur en métre)
E(p) en joule),
En conclusion : comme il est possible de récupérer cette énergie,

soit par : E(c) = 1/2 (m)*V² (énergie accumulée lors de la chute libre de la masse (m))
soit par : E(M) = (P)*(h) (énergie transférée sur un autre système mécanique lors de la descente de la masse (m)
ou V = vitesse de la masse (m) au point d'impact lors du choc au sol par exemple.


on en déduit qu'il a conservation de l'énergie dans ce système.


Est ce que cela vous convient ? ou pas !
Si oui, alors il y a peut-être un paradoxe
Si non alors tout va bien ! et expliquez-moi où est mon erreur
-----

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Où voyez-vous un paradoxe ?
Au revoir.

[Rachilou]

2°) Le travail (T) de cette force (F) nécessaire pour élever cette masse (m) jusqu'au point (A) situé à la hauteur (h) est égale à l'intensité de la force (F) multiplié par la distance (d) à parcourir du point (p) de départ jusqu'au point (A)

(T) = (F)*(d )
ou :
(T) en joule),
(F ) en newton) et
(d) = (h en mètre)

Rien ne vous choque là dedans ?

[Rachilou]

Re.


Le problème (paradoxe) est le suivant :

Comment on peut effectuer un travail sur une masse (m) par l'application d'une force (F) pour l'élever (sans accélération) alors que son propre poids (P) annule constamment cette force (F).

Je suis désolé de dire que si T = F.d alors F doit être positif . non ? sinon le Travail est nul...

Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Pensez-vous que les centaines de milliers (sinon plus) de physiciens avant vous n'ont pas compris ?
Si vous exercez une force strictement égale au poids rien ne se passera. Mais vous pouvez exercer une force légèrement supérieure au poids, que vous arrêtez un peu avant la hauteur que vous voulez atteindre. Je vous laisse faire le calcul. Ou une force légèrement plus grande que le poids, pendant un temps, puis une force égale au poids que vous arrêtez avant l'arrivée.

Et si on fait le raisonnement avec une force exactement égale au poids est que l'on sait qu'il suffit que la force soit légèrement supérieure au poids avec cet excès tendant vers zéro. Même si ça rallonge la manip.

Quand vous avez des doutes de ce type, au lieu de dire "il y a un paradoxe" dites-vous plutôt "il y a quelque chose que je n'ai pas compris".
Et posez-nous la question. Vous trouverez des tas de foristes capables de vous éclairer.
Au revoir.

[invite752e4cdf]

Bonjour.
Pensez-vous que les centaines de milliers (sinon plus) de physiciens avant vous n'ont pas compris ?
Si vous exercez une force strictement égale au poids rien ne se passera. Mais vous pouvez exercer une force légèrement supérieure au poids, que vous arrêtez un peu avant la hauteur que vous voulez atteindre. Je vous laisse faire le calcul. Ou une force légèrement plus grande que le poids, pendant un temps, puis une force égale au poids que vous arrêtez avant l'arrivée.

Et si on fait le raisonnement avec une force exactement égale au poids est que l'on sait qu'il suffit que la force soit légèrement supérieure au poids avec cet excès tendant vers zéro. Même si ça rallonge la manip.

Quand vous avez des doutes de ce type, au lieu de dire "il y a un paradoxe" dites-vous plutôt "il y a quelque chose que je n'ai pas compris".
Et posez-nous la question. Vous trouverez des tas de foristes capables de vous éclairer.
Au revoir.

Pas entièrement correct. Après être supérieur à F pour provoquer le mouvement vers le haut, il faut une force légèrement inférieure à F pour arrêter le mouvement à la hauteur voulue, pour finalement être exactement F aussi longtemps que l'objet n'est pas déposé.

[invite752e4cdf]

Re.


Le problème (paradoxe) est le suivant :

Comment on peut effectuer un travail sur une masse (m) par l'application d'une force (F) pour l'élever (sans accélération) alors que son propre poids (P) annule constamment cette force (F).

Je suis désolé de dire que si T = F.d alors F doit être positif . non ? sinon le Travail est nul...

Au revoir.

Salut,

Même s'il n'y a pas d'accélération, il y a la force et le déplacement, donc, il y a du travail.

[invite752e4cdf]

Finalement, je viens de comprendre le paradoxe apparent que tu veux mettre en évidence. Nous avons deux forces en présence.
- La force gravitationnelle vers le bas
- la force humaine qui soulève l'objet vers le haut à vitesse constante.

La résultante des deux forces est nulle, dès lors, comme peut-il y avoir un travail à partir d'une force nulle?

Je suis aussi curieux de voir les réponses qui viendront.

[invite752e4cdf]

Bonjour.
Pensez-vous que les centaines de milliers (sinon plus) de physiciens avant vous n'ont pas compris ?
Si vous exercez une force strictement égale au poids rien ne se passera. Mais vous pouvez exercer une force légèrement supérieure au poids, que vous arrêtez un peu avant la hauteur que vous voulez atteindre. Je vous laisse faire le calcul. Ou une force légèrement plus grande que le poids, pendant un temps, puis une force égale au poids que vous arrêtez avant l'arrivée.

Et si on fait le raisonnement avec une force exactement égale au poids est que l'on sait qu'il suffit que la force soit légèrement supérieure au poids avec cet excès tendant vers zéro. Même si ça rallonge la manip.

Quand vous avez des doutes de ce type, au lieu de dire "il y a un paradoxe" dites-vous plutôt "il y a quelque chose que je n'ai pas compris".
Et posez-nous la question. Vous trouverez des tas de foristes capables de vous éclairer.
Au revoir.

Finalement, ça ne répond pas au problème posé, puisqu'on pourrait considérer le travail effectué uniquement dans un intervalle de temps inclus dans la période d'ascension à vitesse constante.

[Gilgamesh]

Re.


Le problème (paradoxe) est le suivant :

Comment on peut effectuer un travail sur une masse (m) par l'application d'une force (F) pour l'élever (sans accélération) alors que son propre poids (P) annule constamment cette force (F).

Je suis désolé de dire que si T = F.d alors F doit être positif . non ? sinon le Travail est nul...

Au revoir.

F = -P est différent de F = 0...

F reste non nulle et travaille durant le processus.

a+

[invite752e4cdf]

Cela veut-il dire que lorsqu'une force est la résultante d'autres forces, il faut toujours prendre les forces composantes séparément pour le calcul du travail ?

Merci.

[stefjm]

F = -P est différent de F = 0...
F reste non nulle et travaille durant le processus.

Bonjour,
Certes, mais le poids aussi travaille et en négatif tel que le travail (poids+force)=0 (si ça monte à vitesse constante).
J'y vois donc bien un paradoxe intéressant.

Si un étudiant curieux me demande pourquoi, pour calculer l'énergie potentielle, on considère seulement le travail de la force et pas celui de la (force+poids), ben je suis embêté et il faut que je réfléchisse avant de répondre une connerie.

Cordialement.

[Amanuensis]

Cela veut-il dire que lorsqu'une force est la résultante d'autres forces, il faut toujours prendre les forces composantes séparément pour le calcul du travail ?

Le travail peut être positif ou négatif. La somme des travaux des forces s'exerçant en un même point est égale au travail de la somme des forces.

On peut prendre ce qu'on veut, soit chaque force, soit la somme.

Dans le cas en question, le travail de la somme des forces est nul, ce qui veut dire que la somme du travail de la force de pesanteur et du travail de la force tractrice est nulle, donc que le travail de la pesanteur est l'opposé du travail de la force tractrice.

La confusion amenant au "paradoxe" est entre le travail et la valeur absolue du travail.

[invite1c0eeca8]

#####


alors voilà comme tous les paradoxes il y a un erreur soit dans le raisonnement soit dans les hypothèses

ici l'hypothèse selon laquelle F + P = 0 le long du trajet est fausse en effet

le système est l'objet qui est soulevé et la Terre donc F est une force extérieure au système et P est une force intérieure au système

si on applique le théorème de l'énergie cinétique entre les deux positions de repos de l'objet alors delta Ec = W_i + W_ext avec W_i = - delta Ep

on a delta Ec + delta Ep = W_ext

donc delta Ep = W_ext


#####
On arrête là la provoc, merci

[Rachilou]

Bonjour,

Je vais reprendre mon explication...
Laissez moi encore 5 mn...

[Rachilou]

Bonjour,

Je vous remercie pour vos commentaires, et je suis bien heureux de voir que je ne suis pas le seul à avoir réagit à ce paradoxe ?

Suite à vos réponses je vais reprendre mon raisonnement d’un autre point de vue.
Nous allons faire une comparaison entre deux systèmes et vous pourrez faire vos propres déductions.

Pour la majorité d’entre vous ce sera une lecture inutile, mais pour d’autres qui débarquent il faut quand même expliquer plus précisément, ce que l’on veut mettre en contradiction ;


On part du principe que : (F) . (d ) = Travail en joule
Il faut que la valeur de (F) soit positive (non nulle), sinon pas de travail possible.
Pour (F) = 0 sur toute masse (m) se déplaçant est nécessairement soumise au principe d’inertie.

A partir de ces « vérités » établies, on peut construire deux raisonnements contradictoires utilisés dans la physique classique.


PREMIER RAISONNEMENT /

Imaginer une petite fusée couchée à l'horizontale avec deux moteurs à puissance égale de chaque côté. La fusée est disposée sur un rail (par sustentation magnétique) qui n'oppose aucune résistance à son déplacement linéaire (on les néglige, donc, on en fait abstraction).

A) Les deux moteurs sont allumés et chacun pousse de son côté avec une puissance strictement égale :

F(a) = F(b) ou F(a) est le moteur de droite et F(b) est le moteur de gauche

On constate que : la fusée reste immobile. Sommes-nous d’accord ?

On déduit que : F(a) + (-F(b)) = 0

/

B) Avec la main droite je donne une petite impulsion à la fusée de droite à gauche (je pousse une fraction seconde)

On constate que : la fusée se déplace à une vitesse continue (V).
La vitesse (V). dépend de l’impulsion donnée.
Sommes-nous d’accord ?

/

En raisonnant par syllogisme:

1er proposition : En physique mécanique, le principe d’inertie exprime le fait que, dans un référentiel galiléen, tout corps qui est soumis à une force résultante nulle est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme. Ce principe est la première loi de Newton ( WIKIPEDIA)
Il est à noté que deux forces égales et colinaires qui s’opposent donnent une force résultante nulle .

2e proposition :
dans A) : F(a) = F(b) donc la résultante des forces est nulle.
dans B) : la fusée se déplace dans un mouvement rectiligne. (on fait abstraction des frottements sur le rail)

3°) En conclusion : la fusée est soumise à la première loi de Newton.


Si vous êtes d’accord avec mes propos, je continu.




DEUXIEME RAISONNEMENT /

Maintenant, changeons les dispositions de la petite fusée.

La fusée est disposée à la verticale sur une table de lancement qui la maintient immobile contre son propre poids.

A’) On allume seulement le moteur inférieur (Fa) (sous la fusée). Dès que la force exercée par ce moteur est égale au propre poids (P) de la fusée, on écarte la table de lancement.

On constate que : la fusée reste immobile. Sommes-nous d’accord ?

On déduit que : F(a) + (-(P)) = 0

/

B’) Avec la main droite je donne une petite impulsion à la fusée de bas en haut ( je pousse une fraction seconde)

On constate que : la fusée se déplace par ascension. à une vitesse (V’) continue .
La vitesse (V’). dépend de l’impulsion donnée.
Sommes-nous d’accord ?

/

En raisonnant par syllogisme:

1er proposition : En physique mécanique, le principe d’inertie exprime le fait que, dans un référentiel galiléen, tout corps qui est soumis à une force résultante nulle est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme. Ce principe est la première loi de Newton ( WIKIPEDIA)
Il est à noté que deux forces égales et colinaires qui s’opposent donnent une force résultante nulle .


2e proposition :
dans A’) : F(a) = P donc la résultante des forces est nulle.
dans B’) : la fusée se déplace dans un mouvement rectiligne.
3°) En conclusion : la fusée est soumise à la première loi de Newton.


Alors pourquoi dans le premier raisonnement on accepte que le déplacement de la fusé réponde au principe d’inertie alors que dans le second raisonnement on ne l’accepte pas ????


Pourquoi comme le dit le modérateur Gilgamesh

Dans un sens : Fusée verticale
F(a) = -P est différent de F = 0...
F reste non nulle et travaille durant le processus.

/

Et pas dans l’autre : Fusée horizontale
F(a) = F(b)
F(a) + (-F(b)) = 0 et ne travaille pas de travail durant le déplacement.


C’est purement conventionnel d’affirmer que
F(a) = -P est différent de F = 0...
F reste non nulle et travaille durant le processus.


Il suffit de rajouter un (–) et le tour est joué. C’est là, une façon de boucher un trou. Après tout, on se crée un transfert d’énergie et comme ça, on respect la conservation de l’énergie sur un éventuel retour descendant de la masse (m).

Le seul fait que F(a) = P donc la résultante des forces est nulle, est démontrée par l’immobilité de la fusée.

Alors donnerait une impulsion fusée et hop elle produirait un travail tout à coup !!!!

Je suis désolé de dire que c‘est la plus grande contradiction de raisonnement qui m’était donné d’affronter… et là il ne s’agit pas de niveau scientifique… le raisonnement est à la portée de n’importe quel lycéen.

[stefjm]

En résumé, vous êtes étonnés par le fait qu'il faille fournir de l'énergie à un système pour qu'il suive le principe d'inertie? (vitesse constante si résultante des forces nulle) (fusée montante)

Vitesse v, force opposé au poids F
Puissance F.v

La puissance à fournir est à la fois proportionnelle au poids et à la vitesse de montée.

[invite1c0eeca8]

Alors pourquoi dans le premier raisonnement on accepte que le déplacement de la fusé réponde au principe d’inertie alors que dans le second raisonnement on ne l’accepte pas ????

le principe d'inertie s'applique partout tant que le référentiel est galiéen

Si tu veux raisonner en terme de force il n'y a pas de probleme. Ton système se déplace verticalement .

il y a une phase accélératrice à la première impulsion donc F > P et une phase de décélération à la fin pour immobiliser ton système F < P entre ces 2 phases F = P

[Rachilou]

le principe d'inertie s'applique partout tant que le référentiel est galiéen

Si tu veux raisonner en terme de force il n'y a pas de probleme. Ton système se déplace verticalement .

il y a une phase accélératrice à la première impulsion donc F > P et une phase de décélération à la fin pour immobiliser ton système F < P entre ces 2 phases F = P

Bonjour,

Merci pour ta réaction...
Je n 'ai pas dis que j'ai balancé la fusée comme une pierre en l'air.
Dans ce cas, ce n'ai pas la même chose.

à+

[invite1c0eeca8]

Avec la main droite je donne une petite impulsion à la fusée de bas en haut ( je pousse une fraction seconde)

ah bon ... comprends plus là ...

slt

[Rachilou]

En résumé, vous êtes étonnés par le fait qu'il faille fournir de l'énergie à un système pour qu'il suive le principe d'inertie? (vitesse constante si résultante des forces nulle) (fusée montante)

Vitesse v, force opposé au poids F
Puissance F.v



La puissance à fournir est à la fois proportionnelle au poids et à la vitesse de montée.

Bonjour,

Je n 'ai pas dis qu'on ne dépensait pas d 'énergie.
On sait bien que le gaz qui s'échappe par la tuyère représente de l'énergie perdue.
Mon raisonnement tend à admettre qu'il n 'y a pas de transfert d'énergie...pendant l'ascension.
Ce qui n 'est pas pareille.

Si la résultante des forces est positif alors il y a transfert d'énergie sur la position de la fusée
Si la résultante des forces est nulle alors il y n'y a pas de transfert d'énergie sur la position de la fusée

Attention si une force est positive alors F = a.m donc accélération aussi de (m) durant l'ascension. La fusée subit non pas une vitesse + ou - grande, mais une accélération + ou - grande.

[triall]

Bonsoir, admettons que l'on soulève la masse à la main, d'une certaine hauteur h, on a oublié de noter que la terre elle , s'est aussi déplacée grâce à la force de "réaction des pieds"!
Même si elle ne s'est déplacée de très peu , sa masse est importante , ce que je sais c'est que la quantité de mouvement Ml de la Terre de masse M déplacée de l, est la même (opposée en fait) que la quantité de mvt de la masse m déplacée de L.
C'est donc tout ce système qu'il faut prendre et compte... Non ?
Peut-être le paradoxe est-il là ?

[triall]

Je voulais dire la quantité de mouvement Mv +mV=0 v vitesse de la terre V, vitesse de la masse.

[Rachilou]

Bonsoir, admettons que l'on soulève la masse à la main, d'une certaine hauteur h, on a oublié de noter que la terre elle , s'est aussi déplacée grâce à la force de "réaction des pieds"!
Même si elle ne s'est déplacée de très peu , sa masse est importante , ce que je sais c'est que la quantité de mouvement Ml de la Terre de masse M déplacée de l, est la même (opposée en fait) que la quantité de mvt de la masse m déplacée de L.
C'est donc tout ce système qu'il faut prendre et compte... Non ?
Peut-être le paradoxe est-il là ?

Bonjour,

Ce que tu dis n 'est pas valable.
Lors de la poussée de la fusée, le gaz qui s'en échappe n'agit qu'avec la fusée.
L'impulsion n'est pas prise en réaction de la terre, mais entre le gaz de poussée et la fusée.

voir : http://www.gea-rocket.org/fr/moteurs...ncipes.html#14

[triall]

Bonsoir, je suis d'accord avec Rachilou quand il écrit que la fusée qui produit une force F exactement opposée à son poids , va rester immobile, et qu'il lui suffira d'une pichenette pour prendre une certaine vitesse constante ..

Mon propos sur la Terre qui "bouge " aussi vers le bas ne fait pas avancer le problème, car on a 2 autres forces (réaction des pieds et force qui vient de la Terre vers l'objet vers le haut) qui s'annulent aussi, toutes les forces ont une résultante nulle.

On est bien obligé alors de dire que le travail total est nul , et que tout a été transféré en énergie potentielle lorsque l'on a soulevé la masse .

Pour les gaz éjectés vers le bas, attention il vont frapper la Terre et lui transmettre de la quantité de mouvement .

Ca me rappelle un paradoxe apparent aussi .

On considère une personne au milieu d'un disque qui tourne, il y a une boule au bord du disque qui tourne avec tout le monde . La personne se penche, prend la boule et la ramène vers lui , le système va conserver son moment cinétique, tout le monde tourne un peu plus vite , mais pas d'énergie supplémentaire , l'énergie a été emmagasinée sous forme d'énergie potentielle de la boule qui se trouve au milieu , maintenant . je me trompe ?

[Amanuensis]

(...)

Je maintiens que la difficulté vient d'une vision "valeur absolue" de la notion de travail, comme le montre des expressions comme "fournir du travail" ou "la force travaille".

Dans le cas vertical comme horizontal une force "fournit du travail" (celle dans le même sens que la vitesse) et l'autre "consomme du travail" (celle dans le sens opposé à la vitesse). Et la somme des deux "fournit" un travail nul, la somme du travail d'une force et du travail de l'autre, avec le signe qui vient de la direction de la force par rapport à la vitesse.

La notion de travail n'est pas une notion de "création" d'énergie, mais d'échange d'énergie (mécanique). Un échange peut être dans un sens ou dans l'autre, d'où la signification du signe.

L'autre (peut-être) difficulté vient des changements de référentiel : une force peut correspondre à un travail nul dans un référentiel et non nul dans un autre. Rien de choquant, car l'énergie est un concept relatif, dont la valeur dépend du référentiel.

Quand on regarde au final, les prédictions sont indépendantes du choix du référentiel (galiléens) : la valeur des échanges de travail ne sont que des intermédiaires de calcul sans signification physique profonde ; les prédictions (par exemple des différences de vitesse, ou des accélérations) sont telles que les différences introduite par le choix de différentiel se compensent.

Ou encore qu'une force corresponde à un travail nul dans un référentiel et non nul dans un autre montre juste que la notion de travail nul ou pas n'est pas "physique", pas plus que la nullité de la valeur numérique de la longitude d'un lieu.

[Rachilou]

Pour les gaz éjectés vers le bas, attention il vont frapper la Terre et lui transmettre de la quantité de mouvement .

Re.

Attention le principe de la propulsion des fusées n'a rien a voir avec la réaction de la terre.

Pour être pratique :
Si tu veux, met ton pas de tir à 1000m de hauteur sur un échafaudage. Là, tu verras que les gaz n'arriveront jamais a donner de l'impulsion à la terre. Mais ta fusée décollera quand même.

On considère une personne au milieu d'un disque qui tourne, il y a une boule au bord du disque qui tourne avec tout le monde . La personne se penche, prend la boule et la ramène vers lui , le système va conserver son moment cinétique, tout le monde tourne un peu plus vite , mais pas d'énergie supplémentaire , l'énergie a été emmagasinée sous forme d'énergie potentielle de la boule qui se trouve au milieu , maintenant . je me trompe ?

Là tu parles de la conservation du moment cinétique...Tourner un peu plus vite ne veut pas dire que tu as emmagasiné de l'énergie.
Si la vitesse angulaire augmente pour un moindre rayon la vitesse linéaire reste la même donc l'énergie cinétique du système reste la même.

Sauf erreur de ma part.
Merci pour ta réponse.
à bientôt.

[coussin]

Attention le principe de la propulsion des fusées n'a rien a voir avec la réaction de la terre.

Rien à voir avec les fusées, c'est de la conservation de quantité de mouvement. Quand tu sautes en l'air, verticalement, la Terre réagit de la même quantité de mouvement en sens inverse.
Heureusement pour nous, y a un rapport de masses rédhibitoire. C'est pour ça qu'on a pas interdit les matchs de basket

[Rachilou]

Rien à voir avec les fusées, c'est de la conservation de quantité de mouvement. Quand tu sautes en l'air, verticalement, la Terre réagit de la même quantité de mouvement en sens inverse.
Heureusement pour nous, y a un rapport de masses rédhibitoire. C'est pour ça qu'on a pas interdit les matchs de basket

Bonjour,

Pas compris " Rien à voir avec les fusées"

peux-tu reformuler ta réponse ? merci

[coussin]

peux-tu reformuler ta réponse ? merci

Difficilement… Ça me semble assez trivial à comprendre. En même temps, vu ce fil…