Énergie potentielle

[invitedb6f6547]

Bonjour,
J'ai suivi un cours de physique et j'ai une question à laquelle mon professeur ne pouvait répondre :
Nous avons vu le concept d'énergie potentielle selon lequel l'énergie cinétique peut se transformer en énergie potentielle et vis-versa à cause de la gravité.
Cependant, si on donnait assez d'énergie à un objet pour qu'il acquière la vitesse nécessaire à la sortie de l'orbite de la terre un objet (une fusée par exemple). Une partie de son énergie cinétique aurait été changée en potentielle. Mais lorsque la fusée sort de l'orbite, cette énergie est perdue. Bien sûr, dans le cas de la fusée, elle reviendra probablement sur terre et c'est là qu'elle regagnera cette énergie. Mais pendant qu'elle flotte dans le néant, où est cette énergie./(fin de ma question dans le cours et début de ma façon de penser.) La fusée ne redescendra peut-être jamais sur terre. Le problème peut s'appliquer d'une autre façon : si la fusée se pose sur une planète qui à une masse supérieure à celle de la terre, elle aura alors gagné de l'énergie. Car l'énergie nécessaire à la sortie de l'orbite terrienne aura été inférieure à celle gagnée en tombant sur l'autre planète. Encore une fois, si la fusée sort ensuite de l'orbite de la nouvelle planète, elle compensera le gain d'énergie soudain qu'elle à crée d'où le terme d'énergie potentielle. Par contre, j'ai du mal à me représenter cette énergie. Puisqu'il n'est pas certain qu'elle sera utilisée, elle est perdue pendant un moment, certes avec une chance d'être retrouvée, mais perdue tout de même et un système ne peut perdre de l'énergie. Ce système dans ce cas-ci est l'univers, lorsqu'on lève un objet dans les airs, on fait perdre de l'énergie à l'univers, car l'énergie qu'il pourrait retrouver n'est que probabilités. Je ne comprends pas. J'ai l'impression que le concept d'énergie potentielle à été inventé afin de résoudre ce problème, mais il ne me satisfait pas. L'énergie doit être quelque part en tout temps et l'énergie potentielle ne peut être considérée comme la réponse puisqu'elle n'est que potentielle...
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[Nicophil]

Bonjour,

Si si, ça marche très bien !
Il faut juste bien définir le système, ce qui en fait partie et ce qui en constitue l'extérieur.

[curieuxdenature]

Je ne comprends pas. J'ai l'impression que le concept d'énergie potentielle à été inventé afin de résoudre ce problème, mais il ne me satisfait pas. L'énergie doit être quelque part en tout temps et l'énergie potentielle ne peut être considérée comme la réponse puisqu'elle n'est que potentielle...

Bonjour

c'est précisément parce que l'énergie ne se perd pas qu'on a besoin de cette notion d'énergie potentielle.
Avec ça on n'a pas besoin de manipuler des énergies négatives, sorties de nulle part.

En réalité l'énergie potentielle n'est pas qu'un artifice de calcul, elle permet des calculs relatifs plus exacts sur le plan physique que de ne considérer comme "vrai" que le niveau le plus bas. Une phrase qui semble compliquée mais simple avec un exemple, Si on considère comme "vrai" la position d'un objet celle où il est à l'infini alors le problème ne se pose plus.
1- une météorite se trouve à l'infini de la Terre : état zéro.
2- Elle tombe à sa surface : état 1.
Entre l'état 0 et l'état 1, elle a perdu une quantité x d'énergie, donnée à la Terre, on n'entre pas dans le détail de la distribution. Mais c'est un apport.

Si maintenant on désire faire revenir la météorite à sa position de départ, il faudra cracher au bassinet : on doit rendre l'énergie apportée.
Donc rien ne s'est perdu.

[Amanuensis]

J'ai l'impression que le concept d'énergie potentielle à été inventé afin de résoudre ce problème, mais il ne me satisfait pas. L'énergie doit être quelque part en tout temps et l'énergie potentielle ne peut être considérée comme la réponse puisqu'elle n'est que potentielle...

Dans les approches plus modernes, et dans de nombreux cas, l'énergie potentielle est liée à l'énergie d'un champ. Un champ n'est pas "visualisable" comme une particule, avec une vitesse et une quantité de mouvement "ponctuelles", mais n'en est pas moins un "objet" ayant de l'énergie et de la quantité de mouvement (sous forme de densité spatiale d'énergie et de quantité de mouvement).

L'énergie potentielle pour une particule (charge électrique ou masse) apparaît alors comme l'énergie qui peut être "prise" ou "donnée" au champ en changeant de place relativement au champ.

Cette énergie et quantité de mouvement des champs n'est pas juste une "invention commode" pour gérer les lois de conservation, elles ont bien (dans les théories modernes) les effets attendus d'une énergie-quantité de mouvement, en particulier comme source pour la gravitation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je me permets de rappeler qu'il y a d'autres formes d'énergie que l'énergie mécanique (cinétique ou potentielle).
L'énergie potentielle peut être électrique, thermique, magnétique, nucléaire, chimique, mécanique, etc.
Et peu d'entre elles peuvent se transformer aisément en énergie cinétique.
Au revoir.

[Nicophil]

L'énergie thermique est potentielle macroscopiquement mais cinétique microscopiquement.

[Deedee81]

Salut,

L'énergie thermique est potentielle macroscopiquement mais cinétique microscopiquement.

Je suppose que LPFR voulait dire "énergie cinétique macroscopique".

Ca me fait penser que j'ai lu un article sur les centrales nucléaires il y a deux jours. Elles fonctionnent comme :
énergie nucléaire => énergie thermique => énergie mécanique => électricité

Avec donc un rendement assez minable.

Ils disaient qu'il existait des procédés de transformation directe énergie nucléaire => énergie électrique.
Bon, c'est un vieil article (trente ans) et ça a peut-être fait un flop.
Mais quelqu'un sait-il de quoi ils parlaient ? Quel procédé peut bien faire cette transformation directe ???

[invite6dffde4c]

...
Ils disaient qu'il existait des procédés de transformation directe énergie nucléaire => énergie électrique.
Bon, c'est un vieil article (trente ans) et ça a peut-être fait un flop.
Mais quelqu'un sait-il de quoi ils parlaient ? Quel procédé peut bien faire cette transformation directe ???

Bonjour Deedee81.
Wikipedia donne plusieurs solutions dont lesbetavoltaics pour la conversion non thermique de l'énergie nucléaire en électrique.
Mais aucune ne semble très pratique.
Cordialement,

[invitedb6f6547]

Bonjour

c'est précisément parce que l'énergie ne se perd pas qu'on a besoin de cette notion d'énergie potentielle.
Avec ça on n'a pas besoin de manipuler des énergies négatives, sorties de nulle part.

En réalité l'énergie potentielle n'est pas qu'un artifice de calcul, elle permet des calculs relatifs plus exacts sur le plan physique que de ne considérer comme "vrai" que le niveau le plus bas. Une phrase qui semble compliquée mais simple avec un exemple, Si on considère comme "vrai" la position d'un objet celle où il est à l'infini alors le problème ne se pose plus.
1- une météorite se trouve à l'infini de la Terre : état zéro.
2- Elle tombe à sa surface : état 1.
Entre l'état 0 et l'état 1, elle a perdu une quantité x d'énergie, donnée à la Terre, on n'entre pas dans le détail de la distribution. Mais c'est un apport.

Si maintenant on désire faire revenir la météorite à sa position de départ, il faudra cracher au bassinet : on doit rendre l'énergie apportée.
Donc rien ne s'est perdu.

Oui, mais si la météorite ne remonte jamais, cette énergie n'aura pas été rendue

[invitedb6f6547]

Dans les approches plus modernes, et dans de nombreux cas, l'énergie potentielle est liée à l'énergie d'un champ. Un champ n'est pas "visualisable" comme une particule, avec une vitesse et une quantité de mouvement "ponctuelles", mais n'en est pas moins un "objet" ayant de l'énergie et de la quantité de mouvement (sous forme de densité spatiale d'énergie et de quantité de mouvement).

L'énergie potentielle pour une particule (charge électrique ou masse) apparaît alors comme l'énergie qui peut être "prise" ou "donnée" au champ en changeant de place relativement au champ.

Cette énergie et quantité de mouvement des champs n'est pas juste une "invention commode" pour gérer les lois de conservation, elles ont bien (dans les théories modernes) les effets attendus d'une énergie-quantité de mouvement, en particulier comme source pour la gravitation.

Je comprend plus ou moins mais ça a l'air de faire du sens, il faudrait seulement démontrer d'existence de ce <champ>.

[Deedee81]

Salut,

Bonjour Deedee81.
Wikipedia donne plusieurs solutions dont lesbetavoltaics pour la conversion non thermique de l'énergie nucléaire en électrique.
Mais aucune ne semble très pratique.

Merci, je ne connaissais pas. En effet, tel que cela est décrit, je vois mal utiliser ça avec la fission.

[Nicophil]

Je comprend plus ou moins mais ça a l'air de faire du sens, il faudrait seulement démontrer d'existence de ce <champ>.

Les interactions physiques à distance sont médiatisées par les champs, qui ont des propriétés physiques, notamment la vitesse non infinie de propagation des variations: les champs existent dans la réalité physique.

[curieuxdenature]

Je comprend plus ou moins mais ça a l'air de faire du sens, il faudrait seulement démontrer d'existence de ce <champ>.

Bonjour

Quel est ton niveau scolaire, sans indiscrétion ?
La démonstration de l'existence des champs n'est plus à faire, comme déjà dit, la logique n'a rien à voir avec le problème.
En sciences on a le droit de faire toutes les hypothèses qu'on veut mais encore faut-il qu'elles ne soient pas en contradiction avec certains faits.
C'est justement à cela que se sont employés plusieurs générations de physiciens avant nous, je ne peux que te conseiller de chercher à lire leurs travaux.

[Deedee81]

Salut,

C'est justement à cela que se sont employés plusieurs générations de physiciens avant nous, je ne peux que te conseiller de chercher à lire leurs travaux.

Ca me rappelle la petite histoire. Ca vaut la peine de le rappeler.

Faraday est le premier (à ma connaissance) à avoir décrit les champs électriques et magnétiques présenté à l'époque comme des champs de forces (car mesurés comme tel par les forces exercées, par exemple, sur un fil électrique).

Il y avait beaucoup de doutes de la part de ses compatriotes. Mais les résultats étaient solides. Et après la formalisation par Maxwell et la vérification par d'autres (analyse des ondes radios par Hertz, vérification que la lumière était bien une onde électromagnétique,...) ces concepts de champs électriques et magnétiques étaient devenus très sûr.

Au vingtième siècle ces concepts se sont vites étendus à presque tout (normal que ça s'étende, ce sont des champs )

[Amanuensis]

Pas bien sûr que cela réponde à l'interrogation.

La dernière intervention du primoposteur, " il faudrait seulement démontrer d'existence de ce <champ>", a mis la question sur le plan ontologique, comme on dit.

Toujours la même "difficulté": est-ce qu'un champ est "seulement" un intermédiaire de calcul, ou a-t-il une "existence" indépendante des charges (électriques ou masses) qui l'engendrent.

La question est non triviale, et plutôt philosophique ; en tant que telle elle n'a pas de réponse scientifique, et il est illusoire de parler de "démontrer".

Un critère pour une opinion est celui que j'ai indiqué dans un message: "les effets attendus d'une énergie-quantité de mouvement, en particulier comme source pour la gravitation". Si on peut "concevoir" ces effets comme indépendants des effets correspondant des charges, alors on est amener à préférer une "existence indépendante" des champs, il me semble.

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Ceci dit, si on s'en tient à ce qu'il faut enseigner et présenter par défaut, c'est bien "l'existence" des champs.

[invite7ce6aa19]

Piqûre de rappel


Loi de Newton

m.dv(x)/dt = F(x) avec cas particulier où F ne dépend pas du temps.

on multiplie par v.dt des 2 cotés

m.v(x).dv = F(x).v.dt = F(x).dx

On introduit la notion de potentielle U(x) sous la forme F(x) = -dU(x)/dx

La formule ci-dessus devient:

m.v(x).dv + U(x) = 0

Qui donne par intégration

1/2.m.v(x)2 + U(x) = constante

Qui met en évidence qu il existe une quantité invariante qui a la dimension d'une énergie qui est la somme d'une énergie cinétique et d'une énergie potentielle U(x)

[invitedb6f6547]

Bonjour

Quel est ton niveau scolaire, sans indiscrétion ?
La démonstration de l'existence des champs n'est plus à faire, comme déjà dit, la logique n'a rien à voir avec le problème.
En sciences on a le droit de faire toutes les hypothèses qu'on veut mais encore faut-il qu'elles ne soient pas en contradiction avec certains faits.
C'est justement à cela que se sont employés plusieurs générations de physiciens avant nous, je ne peux que te conseiller de chercher à lire leurs travaux.

Je suis présentement en 4e secondaire (10e année).

[Amanuensis]

Équivalent au Québec ou en Belgique de la classe de seconde en France, sauf erreur.

[curieuxdenature]

Je suis présentement en 4e secondaire (10e année).

Bonjour

je me doutais bien un peu, je pense qu'à ce niveau on est en phase d'apprentissage des données brutes, et il y en a tant à assimiler que ce n'est pas le moment de se poser des tas de questions-pièges dont les réponses données sur un forum te perturberont plus qu'autre chose.
Je veux dire par là que certaines questions vont réveiller des notions qui ne sont pas de ton niveau et qui ne t'aideront pas à y voir plus clair.

Avec le temps et des notions de base en Maths un peu plus fournies tu verras que cela a plus que du sens.
En attendant, c'est peut-être puéril comme comparaison mais parlant : un champ répulsif (entre deux charges de même signe) se comporte un peu comme un ressort, propulsé sur le ressort, une bille voit son énergie cinétique mise en "réserve" et est restituée quand la compression atteint son maximum, et retour à l'expéditeur.
Dans cet exemple, on constate la même chose pour un proton lancé sur le noyau d'un atome, plus il s'approche, plus il ralentit, il finit par s’arrêter et repart en marche arrière. A la fin, il retrouve sa vitesse d'origine et son énergie initiale, comme si de rien n'était.
Il n'a rien perdu, rien gagné mais pourtant il a eu de sacrés changements de vitesses...
Mais bon, ne va pas en conclure que les champs sont des ressorts, c'est juste une illustration.

[tenocnoc]

bonsoir
peut-on dire que les "réservoirs" d'énergie sont les énergies cinétiques des corps en question?
et que le résultat de l'interaction gravitationnelle est un échange d'énergie cinétique?
merci

[Nicophil]

Mais non justement !
Stocker une masse d'eau en hauteur dans le champ gravifique: voilà de l'énergie potentielle gravifique.

Qui va donner de l'énergie cinétique quelques dizaines de mètres plus bas. Laquelle va servir à faire tourner des aimants, ce qui donnera de l'énergie aux électrons. Lesquels produiront de la chaleur par effet Joule.

[stefjm]

La formule ci-dessus devient:
m.v(x).dv + U(x) = 0

m.v(x).dv + dU(x) = 0

[tenocnoc]

bonjour
quand une meteorite percute la terre, modifie-t-elle le mouvement de la terre?
idem pour l'eau d'une chute?
idem pour l'eau d'un barrage après passage dans la turbine?

merci

[Amanuensis]

quand une meteorite percute la terre, modifie-t-elle le mouvement de la terre?

Oui

idem pour l'eau d'une chute?
idem pour l'eau d'un barrage après passage dans la turbine?

Plus compliqué. Déjà faudrait préciser "modifier le mouvement", et ensuite faut distinguer le court terme et le long terme si on regarde sur le long terme.

Au court terme on pourrait répondre oui, mais l'eau qui descend est montée avant, et il y a compensation des effets si on regarde sur le long terme.

Certains événements internes (par oppositions aux apports externes, comme celui d'une météorite) ont des effets mesurables. Par exemple, on voit l'effet des gros déplacements de masse qui amènent des tremblements de terre sur la position des pôles ou la vitesse de rotation de la Terre. (Mais est-ce une "modification du mouvement de la Terre"?)

[invite7ce6aa19]

bonjour
quand une meteorite percute la terre, modifie-t-elle le mouvement de la terre?
idem pour l'eau d'une chute?
idem pour l'eau d'un barrage après passage dans la turbine?

merci

On peut répondre oui a toutes ces questions aux noms de principes de physique bien connus que je n'enonce pas.

Par contre pour illustrer l'idée generale est qu il y a des échanges permanents d'energie cinetique de rotation ( moment cinétique) entre l'atmosphére et la Terre et bien que faibles on sait les mesurer!.:

[tenocnoc]

le fait que l'on retire de l'energie lors du turbinage de l'eau dans le troisième cas, change -t - il quelquechose?

[tenocnoc]

peut ètre peut-on comparer l'effet du a la génération d'électricité par une turbine , a la compression d'un ressort entre la masse qui tombe et la terre? une autre énergie potentielle?