De la relativité du transfert d’énergie et du choix d’un référentiel.

[Archi3]

OK, pour me convaincre peux-tu me donner un exemple concret simple ou un objet transfert avec une puissance différente de l'énergie à un autre objet suivant le référentiel considéré. Merci.

Une collision élastique ne transfère pas d'énergie dans le référentiel du centre de masse, puisque les vitesses sont imposées par la relation m1v1 = m2v2 et donc ne changent pas de normes avant et après la collision (seule leur direction change). En revanche il y a transfert d'énergie dans un autre référentiel que celui du centre de masse (c'est par exemple le principe de l'assistance gravitationnelle : https://fr.wikipedia.org/wiki/Assist...avitationnelle )

De meme si tu frappes une balle avec une raquette en mouvement, il n'y a pas transfert d'énergie dans le référentiel de la raquette (mais juste un rebond élastique), en revanche il y a transfert d'énergie dans le référentiel où la raquette est en mouvement.
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[yvon l]

(..)
De meme si tu frappes une balle avec une raquette en mouvement, il n'y a pas transfert d'énergie dans le référentiel de la raquette (mais juste un rebond élastique), en revanche il y a transfert d'énergie dans le référentiel où la raquette est en mouvement.

Bonjour,
Grand merci, mais Je pense que l’exemple de la raquette n’est pas approprié. Pour le thermodynamicien, le système raquette + balle ne travaille tout simplement pas (sauf si pas élastique) car ce système ne transfère pas de l’énergie à l’extérieur. Par contre dans le système même il y a un double transfert sous forme d’un travail résistant (compression) suivit d’un travail moteur (détente) avec somme nulle. Les électriciens parleraient d’énergie réactive pour cette composante du travail (valeur absolue du double travail) et d’énergie active (celle qui sort) dans le cas de ou le choc n’est pas complètement élastique (chaleur).

[yvon l]

Une collision élastique ne transfère pas d'énergie dans le référentiel du centre de masse, puisque les vitesses sont imposées par la relation m1v1 = m2v2 et donc ne changent pas de normes avant et après la collision (seule leur direction change). En revanche il y a transfert d'énergie dans un autre référentiel que celui du centre de masse (..)

Cela devient un peu compliqué pour un exemple car il faut tenir compte en plus que le système est dans un champ de pesanteur (et des transferts qui y ont lieu)(Ce n’est pas un train sur une trajectoire horizontale ). Si on pouvait regarder cela dans un système vraiment isolé ...

[gts2]

Cela devient un peu compliqué pour un exemple car il faut tenir compte en plus que le système est dans un champ de pesanteur (et des transferts qui y ont lieu)(Ce n’est pas un train sur une trajectoire horizontale ). Si on pouvait regarder cela dans un système vraiment isolé ...

Je ne vois pas de trace de champ de pesanteur dans le message initial.
La seule différence avec le train est que c'est vectoriel, mais pour simplifier on peut prendre cet exemple à un dimension.
Une collision est par nature quasi isolé, les forces intervenant dans celle-ci étant très grandes par rapport aux autres.

[yvon l]

Je ne vois pas de trace de champ de pesanteur dans le message initial.
La seule différence avec le train est que c'est vectoriel, mais pour simplifier on peut prendre cet exemple à un dimension.
Une collision est par nature quasi isolé, les forces intervenant dans celle-ci étant très grandes par rapport aux autres.

Tu as raison, mauvaise manipulation de ma part je voulais citer ceci: Archi3 dit

(..) En revanche il y a transfert d'énergie dans un autre référentiel que celui du centre de masse (c'est par exemple le principe de l'assistance gravitationnelle :

[yvon l]

Je reviens avec un exemple simple.
Soit un système contenant 2 masses liées, mais repoussées l’une l’autre par une force F (un ressort sous pression de masse nulle)
Le système contient une énergie potentielle E (dans le ressort). Si on «lâche» les masses il y a transfert de cette énergie potentielle en énergies cinétiques dans les 2 masses tel que E=1/2m1V1² + 1/2m2V2³ (le système ne transfère pas de l’énergie à l’extérieur*: détente purement élastique).
Le rapport de cette répartition est telle que m1V1=M2V2 avec V1 et v2 les vitesses par rapport au centre de masse qui reste immobile (ou plutôt qui ne change pas sa vitesse).
On peut aussi dire que l’observateur extérieur voit un transfert complet de l’énergie E initiale sous forme cinétique. Bref, le transfert global(le travail) qu’a subi le système a comme valeur absolue E.
Chaque masse, pendant la durée du transfert subit la même force (action réaction) pendant la même durée, mais le travail de chaque force est différent et dépend des masses respectives. Mais, dépendre des masses ce n’est pas dépendre du référentiel . Si on prend dans mon exemple comme référentiel, une des 2 masses, c’est aussi le référentiel de l’autre masse.
De plus, ce référentiel ne change pas de position pendant tout le transfert.
Maintenant si on attache un référentiel à une des masses on n’est plus dans un repère galiléen pendant le transfert (accélération).

[Archi3]

dans un référentiel non galiléen l'énergie n'est même pas conservée au cours du temps, donc faire un bilan d'énergie ça va etre compliqué.
mais le bilan d'énergie meme dans deux référentiels galiléens dépend du référentiel, tu peux le vérifier sur les exemples que je t'ai donné.

L'assistance gravitationnelle fait effectivement intervenir la gravitation, mais elle ne sert à rien d'autre qu'à défléchir la trajectoire : c'est un calcul cinématique et la force qui fait dévier n'a pas d'importance.

[yvon l]

dans un référentiel non galiléen l'énergie n'est même pas conservée au cours du temps, donc faire un bilan d'énergie ça va etre compliqué.
mais le bilan d'énergie meme dans deux référentiels galiléens dépend du référentiel, tu peux le vérifier sur les exemples que je t'ai donné.

Ok, mais je parle du statut du transfert proprement dit, pas des énergies. Pour connaître le transfert (le travail), tu dois te placer dans un référentiel galiléen pour connaître le transfert par rapport au système étudié. Pour un choc, le transfert à lieu uniquement pendant le choc. C’est une erreur si tu prends par exemple une des 2 masses comme référence. Pour un choc élastique pas de travail avant et après le choc. Pendant le choc un travail de compression (résistant) suivit d’un travail de détente (moteur). Le bilan du choc est également un travail nul. On peut étendre cela au choc entre molécules dans un fluide.
Dans le cas d’un choc entre solides, le travail ne sera pas nul si le choc est inélastique et vaudra l’énergie extraite du système sous forme de chaleur (énergie qui ne se retrouvera pas dans les énergies cinétiques finales).
J’en reviens donc toujours à un transfert (ici un W→Q) non relatif au référentiel galiléen choisi.

[Archi3]

Ok, mais je parle du statut du transfert proprement dit, pas des énergies. Pour connaître le transfert (le travail), tu dois te placer dans un référentiel galiléen pour connaître le transfert par rapport au système étudié. Pour un choc, le transfert à lieu uniquement pendant le choc. C’est une erreur si tu prends par exemple une des 2 masses comme référence. Pour un choc élastique pas de travail avant et après le choc. Pendant le choc un travail de compression (résistant) suivit d’un travail de détente (moteur). Le bilan du choc est également un travail nul. On peut étendre cela au choc entre molécules dans un fluide.

c'est assez confus ce que tu dis, quand tu dis "le travail", tu parles du travail des forces sur une particule ou la somme des travaux ? si tu prends l'énergie cinétique totale, effectivement il faut faire la somme des travaux et elle est nulle pour un choc élastique, mais si tu parles du "transfert" (qui n'est pas nul en général), alors il faut prendre le travail sur une particule. Je ne sais pas de quoi tu veux parler là.

[yvon l]

Bonjour,
J’ai une formation et un parcours professionnel ou on est amené à faire une distinction forte entre énergie et transfert d’énergie (électricité). Je prends par exemple un réseau électrique, Il est le siège de transfert d’énergie importants (puissance) et pourtant il contient très peu d’énergie. L’énergie qu’il contient se résume aux énergies 1/2CV² et 1/2LI² (pour une ddp V et un courant I).
La 1er est l’énergie qui reste quand le transfert est nul et la seconde est celle qui se manifeste lorsqu’on est amené à couper le courant (pour faire simple).
Pour revenir à mon interrogation
Je pense que l’histoire des chocs parfaits est un mauvais exemple pour comprendre le statut d’un transfert puisque c’est le cas particulier ou justement il n’y a globalement pas de transfert, sauf pendant un temps infiniment court.
C’est pourquoi, je te propose de partir de l'exemple plus général que j’ai développé en #36 ou j’essaie de te convaincre du caractère non relatif d’un transfert (pas de ses conséquences).

[gts2]

Le problème depuis le début, à mon avis, est un problème de définition : qu'appelez-vous transfert ?

Si c'est le travail de 1 sur 2, ce travail dépend du référentiel ;
Si c'est la somme des travaux 1/2 + 2/1, cela correspond au travail des forces intérieures du théorème de l'énergie cinétique et dans le cas de forces conservatives on retombe sur l'énergie potentielle. Dans ce cas l'énergie d'interaction est bien indépendante du référentiel.

Il faudrait donc préciser votre transfert, y compris une définition opérationnelle.

[yvon l]

Le problème depuis le début, à mon avis, est un problème de définition : qu'appelez-vous transfert ?


Il faudrait donc préciser votre transfert, y compris une définition opérationnelle.

Pour moi un transfert est une propriété de l'énergie situé dans le temps, donc caractérisé par une durée.
La propriété d'un transfert est sa puissance et pour moi indépendante du référentiel avec lequel on l'étudie.
Par exemple pour moi, un rayonnement est un transfert d'énergie. c'est un transfert entre 2 sources d'énergie à température différente.
Idem pour la chaleur Q . Et à ne pas confondre avec l'énergie thermique.

[gts2]

Un exemple pour montrer que la définition opérationnelle de votre transfert nécessite de faire attention.

Un opérateur appuie avec une force F=PS sur un piston qui comprime un gaz, dans le repère du laboratoire. Le travail reçu par le gaz est -PdV, celui fournit par l'opérateur est +PdV, je suppose que c'est ce que vous appelez transfert de l'opérateur vers le gaz.
Dans un référentiel mobile à la vitesse v, le travail de la force F, invariante, est -P(dV + vdt) différente de la précédente ; par contre le travail total reçu par le gaz, en tenant compte du travail du fond du cylindre -P(-v dt), est -P(dV + vdt) -P(-v dt)= - PdV, on retrouve bien le transfert initial, mais ce n'est plus le travail de la force F. Comment dans ce cas définir le transfert ?

[yvon l]

Un exemple pour montrer que la définition opérationnelle de votre transfert nécessite de faire attention.

Un opérateur appuie avec une force F=PS sur un piston qui comprime un gaz, dans le repère du laboratoire. Le travail reçu par le gaz est -PdV, celui fournit par l'opérateur est +PdV, je suppose que c'est ce que vous appelez transfert de l'opérateur vers le gaz.
Dans un référentiel mobile à la vitesse v, le travail de la force F, invariante, est -P(dV + vdt) différente de la précédente ; par contre le travail total reçu par le gaz, en tenant compte du travail du fond du cylindre -P(-v dt), est -P(dV + vdt) -P(-v dt)= - PdV, on retrouve bien le transfert initial, mais ce n'est plus le travail de la force F. Comment dans ce cas définir le transfert ?

Bien. Suppose que le piston est calé sur sa position initiale de sorte que PdV=0
reste le travail qui apparaît pour l’observateur à la vitesse constante v. Comme v est constant, cela veut dire qu’il n’y a pas d’accélération du système par rapport au nouveau référentiel, donc il faut envisager du fait du changement de référentiel une autre force de réaction égale , donc une force totale nulle, donc pas de travail supplémentaire.

[yvon l]

Si tu veux éviter ces problèmes raisonnes en terme de système et définis le référentiel ou le système est immobile.

[gts2]

Si tu veux éviter ces problèmes raisonnes en terme de système et définis le référentiel ou le système est immobile.

Je ne comprends plus : je croyais que la question de départ était de montrer que cela ne dépend pas du référentiel :

"Parler du caractère absolu ou non d’un transfert énergétique a t’il un sens ?"
"le travail d’une force change-t-il suivant le référentiel qui le décrit ?"
"un transfert ... est caractérisé par ... sa non-relativité ?"

[yvon l]

"Parler du caractère absolu ou non d’un transfert énergétique a t’il un sens ?"
"le travail d’une force change-t-il suivant le référentiel qui le décrit ?"

je reprends le problème en terme de système.
La masse (le mobile) M1= 1000kg et la terre M2 sont les systèmes.
La vitesse entre ces 2 masses varie en extrayant de l’énergie au système sous forme d’un transfert W→Q(freinage)
L’énergie transférée est prise sur les 2 masses via leur énergie cinétique.
Problème spatial:
On démontre que le rapport des énergies empruntées est inversement proportionnel aux masses (centre d’inertie ...)
Donc ici, vue sa masse importante l’énergie est uniquement emprunté au mobile M1.
Choix d’un référentiel
a)Le plus naturel: un référentiel terrestre immobile:
la vitesse par rapport au centre d’inertie de la terre =0 les vitesses sont 20m/s, puis 10m/s puis 0m/s
on trouve la solution donné en #14
b) référentiel terrestre ayant une vitesse Vo.
Les nouvelles vitesses varient d’une valeur par exemple de +Vo
Le système M1 et M2 possède donc une énergie différente pour l’observateur
Par contre pour les transferts, le système étant ce qu’il est, il faut soustraire Vo aux nouvelles vitesses pour faire le calcul du transfert (vitesse de la terre). On obtient donc le même résultat. Bref, le transfert ne se fait pas par rapport au référentiel.

"un transfert ... est caractérisé par ... sa non-relativité ?"

Pour moi Oui, le référentiel n’est pas concerné par le transfert. Donc, un bon choix de référentiel facilite le calcul du travail . Ce qui n’a pas sens c’est de dire que changer de référentiel s’accompagne d’un travail (voir aussi #44)

[gts2]

Bonjour,

Donc le problème est réglé depuis le message #4.

"le transfert ne se fait pas par rapport au référentiel" : je dirai plutôt que #4 montre que "le transfert ne dépend pas du référentiel" : on trouve la même valeur, mais le référentiel barycentrique est plus adapté comme dit @Archi3.

[yvon l]

Bonjour,

Donc le problème est réglé depuis le message #4.

Restait qu’on n’avait pas encore parler du transfert d’énergie proprement dit (frein), c’est pour cela qu’en #18 j’ai relancé le débat pour le compléter en tentant de justifier un caractère non relatif du transfert… Et là c’était plus dur …

[yvon l]

c'est assez confus ce que tu dis, quand tu dis "le travail", tu parles du travail des forces sur une particule ou la somme des travaux ? si tu prends l'énergie cinétique totale, effectivement il faut faire la somme des travaux et elle est nulle pour un choc élastique, mais si tu parles du "transfert" (qui n'est pas nul en général), alors il faut prendre le travail sur une particule. Je ne sais pas de quoi tu veux parler là.

Un transfert isolé concerne au moins 2 particules et la variation d'énergie totale est nulle. Ce qu'une gagne en énergie l'autre la perd. C'est le gain-perte qui s'appelle transfert . Et pour moi cette valeur du transfert n'a rien à voir avec un hypothétique référentiel (Mais attention dans le cas particulier du choc élastique le bilan du transfert (travail) est également nul).
Pour moi il est préférable dans un transfert de considérer les 2 particules comme formant un système et de définir un référentiel sur ce système. L'erreur à ne surtout pas faire est de prendre une des 2 particules comme référentiel. Tout simplement pendant le choc la particule n'est pas dans un référentiel galiléen ( décélération accélération).
Dans l'exemple proposé en introduction au fil : 10000Kg 20m/s->10m/s l'erreur courante est de considérer pour calculer le travail la différence de vitesse : 1/2.10000(20-10)²
Avec ce raisonnement on choisit implicitement le mobile lui-même comme référentiel. Et le mobile pendant le freinage n'est pas galiléen.
Attention le système est dans un environnement, et dans le cas du freinage, le système mobile-terre perd de l’énergie au profit de l’environnement (W->Q)

[gts2]

L'erreur courante est de considérer pour calculer le travail la différence de vitesse. Avec ce raisonnement on choisit implicitement le mobile lui-même comme référentiel.

Si vous prenez comme référentiel le mobile lui-même, la vitesse passe de 0 à 0.

[yvon l]

Si vous prenez comme référentiel le mobile lui-même, la vitesse passe de 0 à 0.

Exact (merci). Et même reste à 0. Donc plutôt dire que dans le système mobile-terre, le référentiel à prendre est la terre et pas le mobile .En général le référentiel ne doit pas être attaché à 1 des 2 éléments du système qui subit le transfert (pas galiléen pendant le transfert).