Amis physiciens , bonjour
Lorsqu'une force déplace une masse , on peu aisément calculer l'énergie fournie ( F*déplacement ) , mais lorsqu'il n'y a pas de déplacement , comment calcule-t-on l'énergie correspondante ?
Par exemple , si je soulève des haltères de 50 kg (à 1m de hauteur) puis les maintiens soulevées sans qu'elles bougent pendant 10mn , quelle énergie est-ce que je fournis pour les maintenir soulevées (une fois que je les ai élevées) ?
Merci de vos réponses
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Bonjour ,
Une des nombreuses discussions sur le sujet :https://forums.futura-sciences.com/p...2-energie.html
et discussions similaires en bas de page de celle citée .
Bonjour,
Je remets un lien vers l'excellente explication de JPL sur ce sujet : https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post6336967
Not only is it not right, it's not even wrong!
Et en plus , c'est le même primo posteur qui avait déjà initié cette discussion !!!Envoyé par albanxiii
Oui, merci , c'est moi qui avait posé la question
Mais , si ça m'explique le mécanisme moléculaire consommateur d'énergie , ça ne me dit pas comment je calcule l'énergie dépensée
Même chose pour les autres explications indiquant que l'énergie consommée se transforme en chaleur ou en une infinité de déplacements infimes
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Je pense que le physicien ne peut pas répondre à ta question.ça ne me dit pas comment je calcule l'énergie dépensée
(
Tout au plus un modèle pour comprendre.
Tu retrouves le même problème quand tu maintiens à l’arrêt ta voiture dans une cote en utilisant ton moteur via l’embrayage. Ton embrayage dissipera plus ou moins d’énergie mécanique (thermique) par seconde suivant la position de la pédale d’embrayage et le régime que tu donneras au moteur (position de la pédale d’accélération). (vaut mieux utiliser le frein ).
eh bien la solution est assez complexe. En calorimétrie, on peut mesurer assez finement la consommation d'oxygène et la production de C02. En retranchant la partie due au métabolisme de base, on a l'énergie consommée pour maintenir les haltères par contraction isométrique. Ca ne se calcule donc pas, ça se mesure.Oui, merci , c'est moi qui avait posé la question
Mais , si ça m'explique le mécanisme moléculaire consommateur d'énergie , ça ne me dit pas comment je calcule l'énergie dépensée
Même chose pour les autres explications indiquant que l'énergie consommée se transforme en chaleur ou en une infinité de déplacements infimes
La vie trouve toujours un chemin
J'avoue ne pas avoir relu la discussion d'origine en entierOui, merci , c'est moi qui avait posé la question
Flyingbike a fait la réponse que j'allais faire : on mesure, mais ça me semble très compliqué de calculer.
Not only is it not right, it's not even wrong!
Oui, je comprends mais cette réponse me semble venir de l'exemple que j'avais donné et qui fait appel au métabolisme humain
Mais la question initiale était plus large :
"Lorsqu'une force déplace une masse , on peut aisément calculer l'énergie fournie ( F*déplacement ) , mais lorsqu'il n'y a pas de déplacement , comment calcule-t-on l'énergie correspondante ?"
Par exemple je pourrais remplacer l'énergie humaine par une masse faisant contrepoids à l'haltère via une poulie. Et là, je me dis qu'un poids suspendu pendant 10 mn va faire l'affaire. Mais un poids (une force) multipliée par un temps ne me donne pas de l'énergie mais est homogène à une quantité de mouvement ; d'où ma question de départ
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Salut,
Ca revient à peu près au même. D'un point de vue de la mécanique, sans déplacement, pas d'énergie fournie. Mais l'énergie peut être dispersée par des processus non mécaniques (qui sont alors non statiques en réalité, juste microscopiques ou "cachés" dans une boite comme l'histoire de l'embrayage) : frottements internes, énergie chimique,.... en général c'est difficile à calculer voire impossible.
Et pour ton exemple, un haltère suspendu par une poulie et un contre-poids, pendant un temps X. Aucune énergie fournie. Et bien entendu le fait que la force multipliée par un temps est homogène à une quantité de mouvement ne signifie pas qu'il y ait un quelconque transfert de quantité de mouvement. D'ailleurs le temps X dans cet exemple peut être absolument quelconque, si c'est statique ça reste inchangé indéfiniment. Il ne saurait y avoir transfert de quoi que ce soit.
Dernière modification par Deedee81 ; 08/04/2020 à 10h26.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Je pense que ce qui trouble l'OP c'est qu'on sait qu'un poids suspendu au bout d'une corde va finir par tomber un jour ou l'autre, par effet de l'usure de la corde (dans l'hypothèse où on est proche de la tension de rupture de la corde).
Pour étudier cet effet, il faut entrer dans la mécanique des matériaux à l'échelle microscopique.
Par exemple, dans un barreau de métal soumis à une contrainte, il y a des choses qui bougent, de part l'existence de défauts cristallins. Regarder du coté des dislocations.
Et là encore, je ne suis pas du domaine, mais le calcul me semble hasardeux. C'est pas pour rien qu'on fait surtout des tests et des mesures.
Not only is it not right, it's not even wrong!
C'est peut-être ça. J'espère que Christian précisera (et, Christian, si tu reviens nettement plus tard, n'ouvre plus une nouvelle discussion, continue ici !)
J'ai failli parler de l'usure de la corde
Je m'étais abstenu car ce n'est alors pas statique.
Ainsi, avec le poids retenant l'haltère. La corde va s'user : rupture de fibres, etc.... On rentre à nouveau dans le cas du transfert d'énergie microscopique.
Mais en toute rigueur, ce ne sera pas statique, en effet, l'énergie fournie le sera par un (infime) allongement de la corde et la descente du poids et de l'haltère. L'infime énergie mécanique servant alors à l'altération de la corde.... Il peut aussi y avoir agression extérieur (humidité, bêbêtes,...)
Et ce jusqu'à rupture.
A noter que ce genre d'étude peut être essentiel (ponts, structures de bâtiments) mais toujours compliqué. Je ne suis pas du domaine non plus, mais je me souviens de mes cours et des expériences en labo (tests d'éprouvettes en acier, tests de bétons sous presse hydraulique). A ce niveau, pour l'usure, l'altération, il y a bien sûr des "recettes" pour améliorer les aciers et les bétons (par exemple : trop peu de carbone dans un acier et il devient mou, trop il devient cassant, gros grains : mous, petits grains/cristaux solide). Mais essentiellement, on teste, on mesure, on sonde les ponts et bâtiments..... C'est incalculable en pratique.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Je pensais avoir répondu à la question (voir message #6) avec la voiture que je maintiens à une hauteur constante à l’aide de son moteur qui fournit la force nécessaire via l’embrayage. Comme pour le muscle, pour maintenir l’effort nécessaire au maintien de la force on procède à un transfert «*parasite*» de type purement dissipatif.
Dans l’exemple de la voiture le transfert énergie carburant vers énergie calorifique (en passant par une force mécanique via l’embrayage qui subit l’échauffement) est purement dissipatif, sans travail mécanique associé: force sans déplacement (hauteur constante).
Pour le muscle, également, un transfert purement dissipatif est également nécessaire (oxydation) pour maintenir le poids. Un muscle de qualité serait celui qui peut maintenir la force en dissipant le moins possible. L’idéal serait un transfert nul par un freinage de type bloquant (mais faut-il encore pouvoir débloquer...)
Avec autant d'exemple ça devrait aller.
Pour les muscles on n'a pas de frein à mainPar contre chez certains animaux
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Il y'a aussi des réactions biochimiques qui fournissent de l'énergie sans oxygène (moins que l'aérobie ): https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_...e_cycle-fr.svg
Autre exemple:
Quand le grutier maintient une charge à hauteur constante, il ajuste finement le couple du moteur pour compenser la force de la charge. Ceci n’empêche pas que pour fournir ce couple, le moteur dissipe par effet joule de l’énergie thermique dans le moteur même: Couple → I → RI²t.
C’est le prix indirect à payer pour un ajustage et un maintien souple de la position de la charge.
C’est de la qualité du moteur que dépend l’importance du transfert dissipatif parasite.
Cet exemple me semble proche en effet de mon questionnement ; merci Yvon
Même si on néglige dans un premier temps la dissipation thermique , le moteur doit fournir un couple minimal , donc consommer un minimum d'énergie
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Aie, non, ce n'est pas ce qu'il dit : la perte est thermique (le RI²t, c'est thermique, c'est l'effet Joule). Si elle est négligeable, alors sans mouvement, pas de consommation, même avec le couple.Même si on néglige dans un premier temps la dissipation thermique , le moteur doit fournir un couple minimal , donc consommer un minimum d'énergie
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Pour clarifier, êtes vous bien d'accord que sans déplacement (du point d'application d'une force), il n'y a aucun travail mécanique ?
C'est à dire que dans l'exemple canonique d'un poids statique sur une table, sans faire rentrer en ligne de compte les phénomènes de résistance des matériaux, le travail fourni par la table est strictement nul ?
There are more things in heaven and earth, Horatio, Than are dreamt of in your philosophy.
Et ce que jackniclaus dit est vrai aussi pour un couple (pour avoir travail mécanique il faut que ça tourne, et ça ne peut se faire sans déplacer le point d'application des forces considérées et inversement, on peut déplacer et changer l'intensité des forces perpendiculairement à leur direction, mais ça, ça n'implique aucune rotation ni travail)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Oui, etc'était bien ma question de départ. Simplement pour revenir à la grue et à la position d'équilibre , il faut bien que moteur crée un couple pour équilibrer le poids et donc consomme de l'énergie électrique (même si une partie se dissipe par effet joule ) , non ?
Et c'est bien parcequ'il n'y a pas de travail mécanique visible , mais consommation d'énergie , que je posais la question
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Non, non, l'énergie électrique n'est pas "en partie dissipée sous forme Joule". Toute l'énergie électrique est diffipée sous forme Joule (thermique) si le couple le tourne pas.Oui, etc'était bien ma question de départ. Simplement pour revenir à la grue et à la position d'équilibre , il faut bien que moteur crée un couple pour équilibrer le poids et donc consomme de l'énergie électrique (même si une partie se dissipe par effet joule ) , non ?
Et c'est bien parcequ'il n'y a pas de travail mécanique visible , mais consommation d'énergie , que je posais la question
(mais je crois qu'on y est presque là
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Le moteur du grutier ne fournit aucun travail quand la charge est maintenue à une même hauteur. Il dissipe cependant de l’énergie sous forme d’énergie thermique . Par contre s’il doit faire varier la hauteur, le moteur, pendant le mouvement va effectuer en plus un travail mécanique égal à la force de la charge fois la variation de distance verticale. Le travail est dit moteur si la hauteur croit et le travail est dit résistant si la hauteur décroît.
Dans le bilan énergétique, le travail moteur correspond à un transfert d’énergie du générateur électrique vers la charge qui augmente donc son énergie potentielle et le travail résistant correspondent à un transfert d’énergie potentielle vers le générateur électrique. Pour le moteur électrique, le transfert moteur s’ajoute au transfert thermique dissipatif parasite. Le transfert résistant lui se retire du transfert thermique.
Le problème se pose dans ce second cas lorsque le résultat de la soustraction est négatif. Ce problème est résolu si la source électrique peut recevoir cet «*excès*» énergie. C’est le cas par exemple si la source est une batterie (et si le courant peut inverser son sens (pas de diodes )). Dans cette situation la batterie se recharge par transfert électrique → chimique.
Si cela est impossible, il faut assurer l’évacuation de l’énergie excédentaire par voie dissipative. Les électriciens assureront cela pendant la phase de freinage en branchant le moteur sur une résistance qui assurera la dissipation supplémentaire pendant le mouvement.
Ce dernier cas se rapproche du fonctionnement du muscle, car il est impossible au muscle de récupérer l’énergie qu’il reçoit pour la réutiliser ensuite comme le ferait une batterie. En conclusion, pour le muscle, le transfert autre que celui qui monte la charge est toujours dissipatif dans toutes les situations de maintien de la charge par celui-ci.
Mais , Deedee , si cette énergie est dissipée en chaleur , c'est qu'elle est fournie par l'extérieur sous forme électrique , non ?Non, non, l'énergie électrique n'est pas "en partie dissipée sous forme Joule". Toute l'énergie électrique est diffipée sous forme Joule (thermique) si le couple le tourne pas.
(mais je crois qu'on y est presque là
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
non. Le cycle de Krebs ne tourne PAS sans oxygène.... De toute façon l'effort musculaire anaérobie est à court terme.
La vie trouve toujours un chemin
Plus fondamentalement, le muscle est un organe qui permet un transfert énergétique uni-directionnel, c’est à dire un travail dont le déplacement et la force (sa composante) ont la même direction. Il ne peut pas assurer un transfert structuré quand les directions sont opposées car il ne peut pas assurer un transfert qui resterait structuré jusque la voie chimique . (comme un accumulateur électrique le ferait ). La voie seule possible correspond à une déstructuration de la nature structurée de l’énergie. (dissipation sous forme thermique dans le milieu environnant appelé aussi travail dissipatif). Pour les connaisseurs, c’est un problème d’entropie.
Salut,
Oui, c'est d'ailleurs ce que je disais, en rajoutant un petit [], "toute l'énergie électrique [venant forcément d'une source externe] est...".
Tu disais juste qu'elle était en partie dissipée (dans le cas statique) alors que non, c'est faux, elle est totalement dissipée. Voir aussi l'explication d'Yvonl ci-dessus. Une clé : l'énergie totale est toujours conservée. C'est une loi physique (mais qui découle d'un choix, on a définit l'énergie/le travail/etc... pour qu'il en soit ainsi).
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Ok ; Alors voici ce qui me gène :
Considérons la grue comme une boîte noire à laquelle est suspendue la charge immobile et alimentée par une source externe d'énergie électrique :
Si je coupe l'alimentation externe d'énergie , la charge tombe ; alors que si j'alimente le moteur électrique avec la bonne intensité la charge reste immobile . Peu importe que tout ou partie de l'énergie fournie soit dissipée en chaleur : il faut de l'énergie pour maintenir la charge immobile, non ?
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
Oui, mais pas de l'énergie mécanique.Ok ; Alors voici ce qui me gène :
Considérons la grue comme une boîte noire à laquelle est suspendue la charge immobile et alimentée par une source externe d'énergie électrique :
Si je coupe l'alimentation externe d'énergie , la charge tombe ; alors que si j'alimente le moteur électrique avec la bonne intensité la charge reste immobile . Peu importe que tout ou partie de l'énergie fournie soit dissipée en chaleur : il faut de l'énergie pour maintenir la charge immobile, non ?
Dans une opération quelconque avec la grue :
- Si on déplace la charge. On a :
Energie électrique fournie = Energie thermique dissipée + Energie mécanique correspondant au déplacement
- Si on reste statique, on a :
Energie électrique fournie = Energie thermique dissipée. Energie mécanique = 0
Pas d'énergie fournie pour rester immobile. C'est juste le moteur qui fonctionne sans fournir d'énergie mécanique. Voir le cas suivant.
- On verrouille le mécanisme pour le bloquer et on coupe l'alimentation.
Energie électrique = 0.
Energie thermique = 0.
Energie mécanique = 0.
=> ça ne bouge pas et il ne faut pas fournir d'énergie
- Si on coupe l'alimentation sans verrouiller. Dans l'hypothèse où les frottements seront faibles (ça dépend du moteur)
Energie électrique = 0.
Energie thermique = 0.
Energie mécanique = énergie potentielle de gravitation due à la chute. Le couple étant nul, c'est la force de gravitation qui travaille.
Ca me semble très clair
C'est même tellement clair que je n'arrive pas à comprendre où tu vois des problèmes (mais lis bien les réponses, par deux fois j'ai remarqué dans des messages que tu disais un truc auquel il avait été répondu un ou deux messages avant. C'est pas difficile mais juste assez quand même pour rester concentré !!! Il se peut que tu ne comprennes toujours pas à cause de ça)
Dernière modification par Deedee81 ; 09/04/2020 à 10h57.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Voilà , j'ai ma réponse ; il faut de l'énergie , mais pas sous forme mécanique
Merci d'avoir pris le temps de détailler les différentes situations , même si je sens une pointe d'agacement vers la fin
"De la discussion jaillit la lumière" .... parfois ....
