Transfert d’énergie mécanique sans travail.

[yvon l]

Transfert d’énergie mécanique sans travail.
On peut dire que les notions d’énergie thermique et de chaleur sont des propriétés émergentes au niveau macroscopique de l’énergie.
Dans le même ordre d’idées, dans une colonne verticale de fluide incompressible on a un transfert spontané et progressif entre l’énergie potentielle au sommet de la colonne et l’énergie de pression au bas de la colonne. Ce transfert se fait sans travail (si le fluide est parfaitement incompressible).
C’est cette propriété qui permet de disposer théoriquement de toute l’énergie potentielle d’un barrage au pied de celui-ci (en bas).Peut-on encore parler ici de propriété émergente?
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[phys4]

Bonjour,
Je ne crois pas que l'on puisse dire que le transfert d'énergie se fait sans travail dans ce cas : il n'y a transfert d'énergie que si le fluide se déplace, donc si le fluide descend, il y a un travail du fluide en haut qui se transmet par un travail P*V en bas. Ceci se produit que le fluide soit compressible ou non.
Qu'est ce qui serait une propriété émergente par rapport à quoi?
Nous pouvons dire que la température et le chaleur sont des propriétés statistiques émergentes des énergies des particules. Pour l'expérience citée il faudrait préciser votre idée.

[Sethy]

C'est au moment du "remplissage" de la colonne que tout se passe. Une fois remplie, la situation est "figée".

[yvon l]

Bonjour,
Je ne crois pas que l'on puisse dire que le transfert d'énergie se fait sans travail dans ce cas : il n'y a transfert d'énergie que si le fluide se déplace, donc si le fluide descend, il y a un travail du fluide en haut qui se transmet par un travail P*V en bas. Ceci se produit que le fluide soit compressible ou non.
Qu'est ce qui serait une propriété émergente par rapport à quoi?
Nous pouvons dire que la température et le chaleur sont des propriétés statistiques émergentes des énergies des particules. Pour l'expérience citée il faudrait préciser votre idée.

Bonjour et merci pour les retours
Comme pour l’énergie thermique, le transfert énergétique entre potentiel et pression au fur et à mesure que l’on descend dans la colonne est due à l’agitation thermique des molécules du fluide qui fait émerger au niveau macroscopique la variation de pression du fluide. Sans la mobilité propre au fluide il ne serait pas possible d’avoir une tel répartition de la pression (à comparer avec un solide).

[A voir en vidéo sur Futura]

[yvon l]

Je ne crois pas que l'on puisse dire que le transfert d'énergie se fait sans travail dans ce cas : il n'y a transfert d'énergie que si le fluide se déplace, donc si le fluide descend, il y a un travail du fluide en haut qui se transmet par un travail P*V en bas.(..)

Voilà le raisonnement qui aboutit pour moi à un transfert sans travail dans par exemple une colonne d’eau (verticale) en mouvement. (le travail se fera uniquement dans la machine qui exploite le flux d’eau).
Considérons une colonne de fluide placée verticalement dans le champ de la pesanteur. Dans cette colonne on suppose une bulle de masse M se déplaçant verticalement à une vitesse constante faible (pour négliger l’énergie cinétique). La température est constante.
Pour l’observateur extérieur, lors du déplacement, la masse de la bulle subit un transfert d’énergie. Si la bulle descend l’énergie potentielle de la masse de la bulle décroît, tandis que son énergie de pression croit d’une même valeur . Il y a donc pour l’observateur extérieur un transfert entre ces 2 types d’énergie. La masse de la bulle perd de l’énergie potentielle pour acquérir de l’énergie de pression (l’énergie cinétique est négligeable contrairement au transfert classique d’une masse tombante).

Plaçons-nous dans la bulle pour observer le transfert d’énergie (pour moi, un transfert d’énergie est indépendant de l’observateur). Si le fluide est compressible, les forces de pression travaillent en réduisant le volume de la bulle. Ce travail correspond à un transfert supplémentaire de type thermique (voir compression d’un gaz) qui se fait au détriment du transfert principal (potentiel vers pression). Il est à noter que ces 2 transferts sont réversibles si la bulle monte
Si maintenant le fluide est incompressible, le volume lors du transfert ne varie pas et la bulle ne subit pas de travail. On a donc bien alors affaire à un transfert entre 2 types d’énergie mécanique sans travail.

[yvon l]

(..)il y a un travail du fluide en haut qui se transmet par un travail P*V en bas

Il y a effectivement un travail en haut pour accélérer le fluide qui rentre dans la colonne afin d’atteindre la vitesse constante de la colonne de fluide supposé de section constante. L’énergie cinétique nécessaire est prélevée sur le transfert potentiel → pression . (Epot= Epression +Eciné)
En sortie du tube on dispose de ces 2 énergies pour le travail final P*V. En pratique, pour un volume donné, l’énergie cinétique du fluide (qui détermine le travail du fluide en entrée peut être faible devant l’énergie P*V mise en œuvre (travail de sortie)). De plus,si le fluide dans la colonne a une vitesse constante (section constante), le bilan des forces dans cette zone est nulle (poids de la colonne et force de pression) (sinon variation de vitesse). Ceci pour confirmer que le transfert mécanique potentielle->pression (W=F*d= 0) se fait dans une colonne de section constante à travail nul.

[chris28000]

bonjour,
un transfert d'énergie est toujours un travail. A l'instant où vous considérez votre colonne, si elle est là depuis longtemps, il n'y a aucun transfert, on ne peut que constater un gradient d'énergie volumique.

[chris28000]

par contre si soudainement vous exercez une surpresion au sommet de la colonne,cette surpression se propage jusqu'en bas, mais elle s'accompagne d'un petit déplacement vertical de chaque élément de surface traversé, et il y a donc bien un travail (force fois déplacement)

[albanxiii]

Comme pour l’énergie thermique, le transfert énergétique entre potentiel et pression au fur et à mesure que l’on descend dans la colonne est due à l’agitation thermique des molécules du fluide qui fait émerger au niveau macroscopique la variation de pression du fluide. Sans la mobilité propre au fluide il ne serait pas possible d’avoir une tel répartition de la pression (à comparer avec un solide).

Rappel de la charte du forum :

Ayez une démarche scientifique. Ce forum n’est pas un lieu de discussion sur de soi-disant phénomènes paranormaux ou “sciences” parallèles.

Toutes idées ou raisonnements (aussi géniaux soient-ils) doivent reposer sur des connaissances scientifiques ou techniques valides et non sur de vagues suppositions personnelles, basées sur d’intimes convictions.

L’un des objectifs de Futura-Sciences étant la vulgarisation scientifique de bon niveau ce n’est pas le lieu pour des questionnements ou remises en cause de théories admises dont seuls des spécialistes ont les compétences pour débattre, ni pour l’exposé de théories strictement personnelles. Une telle démarche aurait sa place uniquement dans un séminaire ou un congrès scientifique.

[albanxiii]

Pour l’observateur extérieur, lors du déplacement, la masse de la bulle subit un transfert d’énergie.

Ce terme n'étant pas conventionnel, merci de définir ce que vous entendez par "la masse de la bulle", précisément, ainsi que ce que vous appelez son énergie.

La masse de la bulle perd de l’énergie potentielle pour acquérir de l’énergie de pression

Merci de définir ce terme. Et tant qu'on y est donnez son expression.

Si le fluide est compressible, les forces de pression travaillent en réduisant le volume de la bulle. Ce travail correspond à un transfert supplémentaire de type thermique (voir compression d’un gaz) qui se fait au détriment du transfert principal (potentiel vers pression). Il est à noter que ces 2 transferts sont réversibles si la bulle monte

Merci de définir ce terme. Et tant qu'on y est donnez son expression.

[yvon l]

bonjour,
un transfert d'énergie est toujours un travail. A l'instant où vous considérez votre colonne, si elle est là depuis longtemps, il n'y a aucun transfert, on ne peut que constater un gradient d'énergie volumique.

Bien d'accord, c'est dans le cadre de l'intervention #5 d'un mouvement vertical de la masse fluide que le transfert a lieu. Un peu comme un ressort emmagasinant de l'énergie au fur et mesure que le poids de la colonne de liquide qu'il supporte est importante quand sa hauteur augmente. Si la raideur du ressort temps vers l'infini, le travail tend vers 0.

[yvon l]

par contre si soudainement vous exercez une surpresion au sommet de la colonne,cette surpression se propage jusqu'en bas, mais elle s'accompagne d'un petit déplacement vertical de chaque élément de surface traversé, et il y a donc bien un travail (force fois déplacement)

Pour moi, pas de travail si le fluide est incompressible.

[yvon l]

Rappel de la charte du forum :

au rappel à la charte suite à:

Comme pour l’énergie thermique, le transfert énergétique entre potentiel et pression au fur et à mesure que l’on descend dans la colonne est due à l’agitation thermique des molécules du fluide qui fait émerger au niveau macroscopique la variation de pression du fluide. Sans la mobilité propre au fluide il ne serait pas possible d’avoir une tel répartition de la pression (à comparer avec un solide).

Si tu as une autre explication, je serai très heureux de la connaître

[yvon l]

@albanxiii
Définition des termes:

Pour l’observateur extérieur, lors du déplacement, la masse de la bulle subit un transfert d’énergie.

Une bulle de masse: petit volume élémentaire contenant un élément de masse.

La masse de la bulle perd de l’énergie potentielle pour acquérir de l’énergie de pression

L’énergie de pression est une énergie de type potentielle accumulé par compression d’un fluide (comme un ressort comprimé)
Voir par exemple https://fr.wikipedia.org/wiki/Bilan_hydraulique

Si le fluide est compressible, les forces de pression travaillent en réduisant le volume de la bulle. Ce travail correspond à un transfert supplémentaire de type thermique (voir compression d’un gaz) qui se fait au détriment du transfert principal (potentiel vers pression). Il est à noter que ces 2 transferts sont réversibles si la bulle monte

-potentiel vers pression- : concerne le rappel du transfert entre l’énergie mgh et l’énergie de pression

[gts2]

Je ne comprends pas trop le vocabulaire "sans travail" : si l'énergie potentielle de pesanteur a varié, cela signifie par définition même que le poids a travaillé.

[yvon l]

Je ne comprends pas trop le vocabulaire "sans travail" : si l'énergie potentielle de pesanteur a varié, cela signifie par définition même que le poids a travaillé.

Oui, si c'était la seule force mise en présence. Dans le cas d'une colonne de fluide incompressible en mouvement vertical, la pression exercée par le fluide vers le haut donne une force verticale vers le haut. Quand la colonne est en équilibre dynamique, c-a-d qu'elle a atteint une vitesse constante (elle ne peut pas toujours accélérer), les 2 forces s'annulent et l'on pourrait dire que chacune des 2 forces fait le même travail , mais avec un travail net nul (si on pouvait parler de sens d'un travail . Bref pas de travail dans la colonne quand la vitesse est constante.
Par exemple si je prends un barrage à une hauteur de 100m. Une masse de 1 kilo d'eau possède en haut du barrage une énergie Ep=mgh = 1*10*100= 1000J, Quand cette masse atteint la hauteur de 0m elle possède toujours 1000j. C'est 1000j, se répartissent entre l'énergie de pression et l'énergie cinétique (on néglige les pertes) Par exemple si la vitesse de l'eau dans la colonne est 10m/s, on aura une énergie cinétique de Ec=1/2mV²=1/2 * 1 * 10²=50J et une énergie de pression de 1000-50=950 J. Les 1000J pourraient fournir un travail de 1000J chaque seconde c-a-d une puissance net P= 1000W disponible pour une transfert mécanique via une turbine.

[phys4]

Quand la colonne est en équilibre dynamique, c-a-d qu'elle a atteint une vitesse constante (elle ne peut pas toujours accélérer), les 2 forces s'annulent et l'on pourrait dire que chacune des 2 forces fait le même travail , mais avec un travail net nul (si on pouvait parler de sens d'un travail . Bref pas de travail dans la colonne quand la vitesse est constante.

C'est seulement vos notions personelles de l'énergie qui posent problème. Quand toute une colonne d'eau descend c'est pareil que le poids qui effectue cette même descente, et l'objet n'est pas obligé de se déformer.

[gts2]

Vous utilisez la force de pesanteur à la fois dans le travail et l'énergie potentielle : pour avoir un travail nul dWg+dWp=0 (avec g pour pesanteur et p pour pression), vous utilisez le travail du poids, donc la notion d'énergie potentielle de pesanteur n'a plus lieu d'être.

Si vous raisonnez en énergie potentielle de pesanteur, la variation de cette énergie est due au travail des forces de pression dEp=-dWg=dWp, il y a bien travail.

[yvon l]

C'est seulement vos notions personelles de l'énergie qui posent problème. Quand toute une colonne d'eau descend c'est pareil que le poids qui effectue cette même descente, et l'objet n'est pas obligé de se déformer.

Tu as entièrement raison, et c'est une grossière erreur de raisonnement de ma part. Il y a effectivement un travail dans la colonne d'eau . En effet on peut définir la puissance de ce transfert. Dans l'exemple du message #16 la puissance selon moi de ce transfert des potentiels serait de 950 W.
Grand merci à toi et a gts2.

[chris28000]

Pour moi, pas de travail si le fluide est incompressible.

Le fluide incompressible est un modèle, c'est une approximation. En réalité tous les fluides sont compressibles.

[Sethy]

Pour moi, le Travail, c'est T = F . L

Montrez-moi dans une colonne remplie où est le déplacement de liquide (L dans l'équation). Si L = 0, T = 0.

S'il y a des phénomènes à considérer, c'est seulement au remplissage où effectivement qu'on tienne compte ou pas de la compressibilité, il faut prendre cet aspect dans le bilan complet du remplissage.

Mais dès que la colonne est remplie, aucun déplacement de liquide ne survient et donc L vaut 0 et T vaudrait toujours 0 !

Porter un poids à bout de bras est assurément un "travail" très pénible et pourtant aucun travail n'est fourni au sens physique puisque la masse ne bouge pas. L vaut donc 0 et par voie de conséquences T aussi.

[yvon l]

Pour moi, le Travail, c'est T = F . L

Montrez-moi dans une colonne remplie où est le déplacement de liquide (L dans l'équation). Si L = 0, T = 0.

S'il y a des phénomènes à considérer, c'est seulement au remplissage où effectivement qu'on tienne compte ou pas de la compressibilité, il faut prendre cet aspect dans le bilan complet du remplissage.

Mais dès que la colonne est remplie, aucun déplacement de liquide ne survient et donc L vaut 0 et T vaudrait toujours 0 ! (..)

Bonjour,
Ok, mais on suppose ici que la colonne d'eau est ouverte en bas. Comme dans le tuyau qui relie le dessus du barrage à la turbine en fonctionnement (débit dans le tuyau constant (on suppose aussi que la section du tuyau est constante également pour éviter les transferts d'énergie cinétique (vitesse du fluide variable) ). C'est un problème de dynamique des fluides incompressibles.

[Sethy]

Ok, désolé, je n'avais pas compris mais que penser de cette image alors ?

https://www.ffp.asso.fr/wp-content/u...1-1024x768.jpg

[phys4]

Très belle image de deux parachutistes en chute libre, celui du dessus semble s'appuyer sur celui du dessous.
Il doit réellement exister une légère poussée car le parachutiste du dessus se trouve dans le sillage de son voisin et subit donc un freinage atmosphérique un peu plus faible.

[yvon l]

Belle image, qui pourrait servir d'introduction à la mécanique des fluides compressibles.

[Sethy]

Les effets de sillage sont l'équivalent du frottement du liquide contre la paroi de la colonne.

Jusqu'ici, ces frottements ont été négligé, donc faisons de même avec nos deux parachutistes.

Mais en négligeant ces frottements (imaginons l'expérience dans le vide), que se passe-t-il ? Ou plus exactement que dire en terme d'énergie potentielle des deux parachutistes ?