Nature fondamentale de la pression

[phil-ok]

Bonjour,
A quelle catégorie de force fondamentale appartient la pression ?
Merci,
Philippe
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[EtienDu76]

Bonjour,

Selon moi, la pression n'est pas un force fondamentale car elle n'agit pas a distance entre différents corps.

De plus, dans certain cas, la pression n'est que la résultante de forces de pesanteur, donc elle n'est pas une force dans ce cas (exemple: la base d'un mur subit une pression plus forte qu'a son sommet). Dans d'autre cas encore, la pression n'est que la différence d'agitation des molécules entre un corps et son milieu extérieur (exemple: c'est la pression qui permet de gonfler un ballon).

Donc selon moi la pression n'est pas une force. On la considère tout de même comme une force dans un problème de mécanique. En tout cas, ce n'est pas une des 4 forces fondamentales de la nature.

[phil-ok]

Merci,
Mais si je veux expliquer que, les pieds au sol, je ne suis pas en chute libre, c'est bien parce que la pesanteur est compensée par une autre force fondamentale, non ?
Et cette autre force fondamentale, c'est la pression du sol sur mes pieds, non ?

[EtienDu76]

Il y a du vrai et du faux dans ce que tu as écris.

La réaction qu'exerce le sol pour compensé la force de pesanteur n'est pas un force de pression, mais c'est la force électromagnétique qui explique cette réaction. Et la force électromagnétique est bien une force fondamentale.

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

A quelle catégorie de force fondamentale appartient la pression ?

Quelle est votre définition de "force fondamentale" ?

@+

[EtienDu76]

Je pense que les forces fondamentales dont parle phil-ok sont les 4 forces fondamentales de la nature soit la gravitation, l'électromagnétisme et les forces nucléaires.

[phys4]

Je pense que les forces fondamentales dont parle phil-ok sont les 4 forces fondamentales de la nature soit la gravitation, l'électromagnétisme et les forces nucléaires.

Avec cette définition, la pression n'appartient à aucune force fondamentale en particulier.
C'est une forme d'échange d'impulsion.

[Amanuensis]

D'où l'utilité de distinguer "force" et "interaction".

Mais les usages ne le font que partiellement. À comparer:

Fundamental interactions, also known as fundamental forces, are the interactions in physical systems that do not appear to be reducible to more basic interactions. There are four conventionally accepted fundamental interactions—gravitational, electromagnetic, strong nuclear, and weak nuclear.

Quatre interactions élémentaires sont responsables de tous les phénomènes physiques observés dans l'Univers, chacune se manifestant par une force dite force fondamentale. Ce sont l'interaction nucléaire forte, l'interaction électromagnétique, l'interaction nucléaire faible et la gravitation.

On pourrait dire que la pression (sur une surface) est une force, et une manifestation de l'interaction électro-magnétique.

(Formellement une pression est une force par unité de surface.)

[coussin]

Avec cette définition, la pression n'appartient à aucune force fondamentale en particulier.
C'est une forme d'échange d'impulsion.

S'il y a échange d'impulsion c'est parce que les molécules d'air (pour parler de la pression atmosphérique) ne peuvent pas pénétrer le corps sur lequel elles exercent une pression. Cette non-pénétrabilité est due à l'interaction électromagnétique.
Plus généralement, toutes les forces "de la vie de tous les jours", c'est gravitation et électromagnétisme.

[phil-ok]

Merci pour ces réponses précises.
a) Donc si j'ai bien compris, l'action du sol qui m'empèche d'être en chute libre est de nature électro-magnétique. C'est bien cela ?
Est-ce là aussi un échange d'impulsion : les moléculesdu sol ne peuvent pas pénétrer le corps sur lequel elles exercent une pression ?

b) Par contre je n'ai pas compris en quoi il faut distinguer force et interaction. Je croyais que c'était la même définition ?

[phys4]

b) Par contre je n'ai pas compris en quoi il faut distinguer force et interaction. Je croyais que c'était la même définition ?

La dénomination de "force fondamentale" me semble être une mauvaise traduction.
Il vaudrait mieux parler d'interaction fondamentale et réserver le mot force pour les vecteurs d'action mécanique. Une interaction peut provoquer une force !

La double utilisation du mot force crée une incompréhension dans certains cas.

[phil-ok]

Merci pour ces informations

[Dynamix]

Salut

A quelle catégorie de force fondamentale appartient la pression ?

Aucune .
Si la pression était une force elle s' exprimerait en newtons
La formule qui définit la pression est : p = dF.n/dS
F peut être n' importe quelle force fondamentale ou pas .

[Amanuensis]

Difficile de trouver un seul cas d'une pression sur une surface où l'interaction n'est pas électro-magnétique. Pour une pression sur une surface, faut que la surface fasse obstacle. Pas facile à trouver pour les autres interactions.

Je précise "sur une paroi", ce qui donne l'idée de force par unité de surface, parce qu'il arrive qu'on parler de pression pour l'énergie cinétique par unité de volume.

C'est d'ailleurs une définition intéressante quand on parle de pression indépendamment d'une surface "réelle", par exemple au beau milieu d'un volume de gaz.

(L'idée d'une pression sans surface trouble d'ailleurs certains jeunes apprenants.)

[Dynamix]

Difficile de trouver un seul cas d'une pression sur une surface où l'interaction n'est pas électro-magnétique.

La pression hydrostatique est liée à la gravitation .

C'est d'ailleurs une définition intéressante quand on parle de pression indépendamment d'une surface "réelle", par exemple au beau milieu d'un volume de gaz.

La surface , c' est ce qui fait le lien entre la pression et la force .
Si on ne passe pas par la force pour définir la pression , on a pas besoin de la surface .
Mais sans la force les sujet tombe à l' eau ...

[albanxiii]

Je pense que les forces fondamentales dont parle phil-ok sont les 4 forces fondamentales de la nature soit la gravitation, l'électromagnétisme et les forces nucléaires.

Peu importe ce que vous pensez, je ne vous posais pas la question.
Mais on n'a pas eu de réponse.

[mach3]

La pression hydrostatique est liée à la gravitation .

Certes, mais la gravitation n'est qu'un moyen de confiner un fluide. Une boite fermée en est un autre. Toujours est-il que si il y a une pression dans l'atmosphère ou l'océan, ou dans le fluide enfermé dans la boite, c'est bien de l'interaction EM dont il s'agit (elle fait que la matière ordinaire ne peut pas se "traverser" et échange donc de l'impulsion).
D'ailleurs, la matière noire exerce-t-elle une pression? (amha non, mais je ne saurais argumenter cela proprement...).

m@ch3

[Gilgamesh]

D'ailleurs, la matière noire exerce-t-elle une pression? (amha non, mais je ne saurais argumenter cela proprement...).

m@ch3

Je vois ça comme ça : la pression exercée au centre d'une sphère de matière noire serait égale à la pression exercée au centre d'une sphère de gaz atomique de même masse et densité multipliée par un facteur du genre ratio des sections efficaces d'interaction respectives. La section efficace de la matière noire étant infime la résultante serait quasi nulle.

Par contre évidemment, si on rajoute du gaz, la masse de la matière noire va contribuer à la pesanteur et donc à la pression du gaz.

[phys4]

D'ailleurs, la matière noire exerce-t-elle une pression? (amha non, mais je ne saurais argumenter cela proprement...).
m@ch3

Si la matière noire n'interagit pas du tout avec la matière, elle ne peut pas générer de pression car elle n'échange pas d'impulsion.

Un gaz de neutrinos est un exemple proche, l'interaction avec la matière est très faible et il peut générer une faible pression (sauf dans les supernovas où où en existe une énorme quantité).
Au fait cette pression n'est plus électromagnétique ?

[Chadocan]

La pression de dégénérescence dans une étoile/une étoile à neutron ?

[phys4]

La pression de dégénérescence dans une étoile/une étoile à neutron ?

C'est un autre excellent exemple de pression non électromagnétique, cette fois c'est l'interaction forte qui agit pour maintenir les étoiles à neutrons.

Dans le cas des neutrinos je pense qu'il s'agit de l'interaction nucléaire faible, mais je n'en suis pas sur.

[Amanuensis]

Je vois ça comme ça : la pression exercée au centre d'une sphère de matière noire serait égale à la pression exercée au centre d'une sphère de gaz atomique de même masse et densité multipliée par un facteur du genre ratio des sections efficaces d'interaction respectives. La section efficace de la matière noire étant infime la résultante serait quasi nul.

Par contre cela entrera dans le p d'un Tmunu (\rho, p , p, p), ce qui souvent appelé "pression". Dans ce cas c'est le flux de quantité de mouvement, qu'il y ait interaction ou pas.

D'où, pour moi l'importance de distinguer la force de pression sur une paroi (qui ne prend en compte que ce qui interagit avec la paroi au point qu'elle soit "opaque"), et d'autres sens de pression.

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Plus généralement, on voit dans les derniers échanges que la notion de pression dépend des interactions prises en compte. La pression de radiation sur une paroi transparente est (quasi) nulle, alors qu'elle ne l'est pas sur une paroi opaque.

[Nicophil]

Bonjour,

si je ne suis pas en chute libre, c'est bien parce que la pesanteur est compensée

En chute libre, la pesanteur est nulle.
Par quoi veux-tu la compenser ?

[Amanuensis]

En chute libre, la pesanteur est nulle.

Encore ce n'importe quoi.

Dans les cours élémentaires de physique on vous fait calculer un mouvement de chute libre parabolique pour illustrer la pesanteur. Si "En chute libre, la pesanteur est nulle." ce serait totalement débile.

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Phil-ok a parfaitement raison, si un corps n'est pas en chute libre tout en étant immobile relativement à un référentiel, alors la pesanteur relative à ce référentiel est compensée par une force.

Les parties soulignées sont usuellement implicites, mais toute personne comprenant le sujet sait qu'elles sont là.

À l'élève en cours élémentaire on n'explique pas que quand on parle de pesanteur, c'est relativement à un référentiel. Trop compliqué à ce stade. Il n'empêche que c'est le cas, et qu'il faudrait arrêter de raconter n'importe quoi sur la relation entre chute libre et la pesanteur.

[phil-ok]

Salut Amanuensis,
Je profite de ta réponse pour demander confirmation de ce que je pense avoir compris sur la chute libre :
A- apesanteur : pas de champ gravitationnel,
B- chute libre : champ gravitationnel et absence de force électrostatique ou nucléaire
a) exemple 1 : champ gravitationnel seul : accélération vers la source du champ mais non "ressentie" par l'objet accéléré
b) exemple 2 : champ gravitationnel et force inertielle entraînant la circonvolution à vitesse constante
C- L'apesanteur et la chute libre sont des situations d'impesanteur
A, B et C sont-ils justes ?
Dans le cas de B-b), doit-on dire qu'il n' a pas d'accélération ou alors doit-on dire qu'il n'y a pas d'accélération ressentie ?
Merci

[Amanuensis]

A- apesanteur : pas de champ gravitationnel,

Non. = nullité du champ de pesanteur.

Le poids (et je cite un dictionnaire d'usage général, correct sur le point) est "Résultante de la force de gravitation et de la force d'inertie d'entraînement sur la masse d'un corps (d'apr. Ferry-Mich. 1981; ds Sarm. Phys. 1978)."

Autrement dit la pesanteur a deux composantes: la gravitation et l'inertie d'entraînement. L'accélération de la pesanteur est la somme de l'accélération de la gravitation et des accélérations d'entraînement. L'accélération centrifuge est un exemple d'accélération d'entraînement.

Par exemple la pesanteur pour le référentiel dans lequel l'ISS est immobile est nulle parce que l'accélération de gravitation (qui est à cet endroit supérieure à 9.5 m/s²) est exactement compensée par l'accélération centrifuge.

La pesanteur est égale à la gravitation pour un référentiel galiléen, car les accélérations d'entraînement sont alors nulles.

B- chute libre : champ gravitationnel et absence de force électrostatique ou nucléaire

Chute libre: mouvement de ce qui n'est soumis qu'à la seule pesanteur. (Et donc à la seule gravitation dans un référentiel galiléen.) Le mouvement de chute libre est indépendant du référentiel choisi pour le décrire (i.e., si un mouvement est de chute libre dans un référentiel, il l'est dans tout référentiel, galiléen ou non.)

Un accéléromètre (ou le "ressenti" humain) indique 0 s'il suit un mouvement de chute libre. Cette mesure (et ce ressenti) est indépendant de tout choix de référentiel, et donc indépendant de la valeur de la pesanteur, qui, elle, dépend du référentiel.

Le terme d'accélération couvre deux notions distinctes: ce que mesure un accéléromètre (et donc le "ressenti"), et l'accélération en coordonnées, c'est à dire la dérivée seconde du mouvement décrit dans un référentiel choisi.

La première est l'accélération propre, notion qui n'apparaît pas en mécanique classique, mais essentielle en RG car c'est une grandeur absolue, mesurable indépendamment de tout choix de référentiel. En mécanique classique comme en RG, l'accélération propre est nulle pour un mouvement de chute libre (cette nullité peut être prise comme définition mesurable de la qualité de chute libre pour un mouvement).

[phil-ok]

Merci,
Bonne soirée

[Nicophil]

En chute libre, la pesanteur est nulle.

En référentiel de chute libre, la pesanteur est nulle.
Pour un observateur en chute libre, la pesanteur est nulle.

[Gilgamesh]

Par contre cela entrera dans le p d'un Tmunu (\rho, p , p, p), ce qui souvent appelé "pression". Dans ce cas c'est le flux de quantité de mouvement, qu'il y ait interaction ou pas.

D'où, pour moi l'importance de distinguer la force de pression sur une paroi (qui ne prend en compte que ce qui interagit avec la paroi au point qu'elle soit "opaque"), et d'autres sens de pression.

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Plus généralement, on voit dans les derniers échanges que la notion de pression dépend des interactions prises en compte. La pression de radiation sur une paroi transparente est (quasi) nulle, alors qu'elle ne l'est pas sur une paroi opaque.

Je suis d'accord. Et vu que le flux d'impulsion ne devient sensible que lorsque les particules deviennent relativistes, ça se traite en pratique comme le rayonnement (P = rho/3). Ça correspond au cas des neutrinos en fait.

[Amanuensis]

En référentiel de chute libre, la pesanteur est nulle.

En définissant un "référentiel de chute libre" comme un référentiel où la pesanteur est partout nulle, c'est assez évident.

Pour un observateur en chute libre, la pesanteur est nulle.

En définissant, en plus de la définition précédente, "[pour un] observateur en chute libre" par "en utilisant un référentiel de chute libre tel que l'observateur y soit immobile", il est assez évident que la pesanteur est partout nulle dans ce référentiel


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Note: En mécanique classique on n'utilise (quasiment) jamais un référentiel de chute libre.

(Entre autres parce qu'en présence d'un champ de gravitation non uniforme, un tel référentiel est nécessairement non isométrique.)