Bonjour,
Dans un système isolé, contenant une énergie E (donc qui ne peut pas échanger d’énergie avec le monde extérieur), un transfert d’énergie qui se produit à l’intérieur du système est-il un absolu ?
En d’autres termes la puissance P(t) du transfert dans le système dépend-il du référentiel galiléen qu’on lui attache pour l’observer (attention je ne parle pas de l’énergie que contient le système)?
Salut,
Vérifions sur un cas d'école. Dans le cas non relativiste pour simplifier les calculs. Soit un objet mobile dans le repère K à vitesse V (tout selon l'axe x, pour simplifier) qui vient heurter un mobile immobile (si je peux dire) et même masse m, de manière élastique. Après le choc c'est le second qui se déplace. Il y a eut transfert d'une énergie mV²/2 de 1 vers 2.
Considérons maintenant le repère K' se déplaçant à V. Dans ce repère c'est le premier objet qui est immobile et le deuxième à -V avant le choc. Il y a transfert d'une énergie mV²/2 de 2 vers 1. C'est-à-dire de -mV² de 1 vers 2.
Donc ce n'est pas absolu.
On pourrait objecter que en valeur absolue ça reste le même. Et bien prenons un repère K'' à vitesse V/2. L'énergie transférée sera .... 0 !!!!!
Et avec d'autres repères on aura des transfert divers et variables.
Donc : le transfert d'énergie n'est pas absolu (même en physique non relativiste).
Evidemment on pourra toujours trouver des cas où on a la même valeur entre deux repères différents, tout comme pour la vitesse relative ou la la simultanéité. que ce soit pour des questions de directions (selon x, y, z etc...) ou de formes d'énergie (l'énergie thermique est piégeuse, T étant la grandeur invariante car elle dépend de la vitesse dans le référentiel du centre de masse, par construction c'est invariant).
Mas c'est généralement dépendant du référentiel envisagé.
Je suppose que tu fais référence à une discussion qui a eut lieu récemment où j'ai vu passer cette interrogation (mais j'ai pas trop suivi).
Dernière modification par Deedee81 ; 21/10/2020 à 07h54.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Salut,
Merci pour ta réponse.
OuiEnvoyé par Deedee81
Aussi naturel pour moi que l’énergie est relative, autant cela me choque qu’un transfert le serait.
Dans ton exemple, on voit bien que la répartition énergétique avant et après choc que dans le système change, en particulier par rapport au centre de masse. Donc, vue d’un autre référentiel, prend un caractère relativiste.
Mais ce qui m’intéresse c’est le transfert proprement dit. Dans ton exemple le travail de transfert est nul et paradoxalement la puissance de transfert tend vers l’infini si le choc à une durée qui tend vers 0. La force tend également vers l’infini.
Je pense, si on garde l’exemple d’un transfert par choc élastique, qu'il faut se mettre dans une situation ou l’élasticité permet un choc d’une certaine durée. Dans ce cas on voit bien le double travail de choc. Un pendant la phase de compression et un pendant la phase de détente. Dans cet exemple le travail global reste zéro (changement du sens de déplacement de la force et pas de pertes).
C’est la puissance d’un tel travail qui m’intéresse dans sa nature relativiste ou non.
Pour connaître ce travail on doit s’en référer au théorème de Noether en utilisant à la fois la symétrie temporelle combinée avec les symétries spatiales. Ce qui peut se traduire par se placer, pour les calculs simples, dans un référentiel particulier ou le centre de masse du système est vue comme ayant une vitesse nulle (placer le référentiel au centre de masse). Pour moi, cela marche bien dans le cas ou le choc est purement élastique, car ce référentiel reste galiléen, (mais pose problème en cas de dissipation thermique).
Dernière modification par yvon l ; 21/10/2020 à 10h43.
On en revient à l'autre discussion : on ne s'en sortira que lorsque vous aurez donné une définition opérationnelle (et pas seulement une idée de principe) de votre transfert.
J'allais le dire. Car si la durée du choc est T (pas nécessairement nulle, j'ai parlé de choc élastique pas de rigidité infinie) alors T est invariant (pas de relativité) et en divisant les valeurs que j'ai donné par T on a exactement la même chose.
Pour le reste j'avoue ne pas comprendre. "Le travail de transfert est nul et la puissance de transfert tend vers l"infini" : hu ????
Le seul cas où l'énergie transférée est nulle dans mon exemple c'est le référentiel du centre de masse. Et diviser 0 par T, quel que soit T, ça fait toujours 0 (sauf rigidité infinie, évitons ce cas pathologique).
Et que vient faire la pauvre Noether dans un problème d'invariance (si on avait parlé de grandeur constante, je veux bien, mais pour l'invariance, la pauvre dame, elle n'a rien à voir) ???
De toute façon la réponse a été donnée : l'énergie transférée d'un corps à l'autre n'est pas invariante. Le reste n'est que ronds de jambes et confusions par containers entiers.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
La réponse est dans la question... Que veut dire système isolé selon vous ? Un système isolé signifie qu'il n'y a pas d'énergie (ou rien d'autre...) qui entre ou sort du système. Ce n'est pas un changement de référentiel qui va faire entrer de l'énergie dans le système.
Donc, à mon avis, oui : ce que vous appelez "transferts d'énergie" est absolu.
De ce que je comprends, vos "transferts d'énergie" sont juste différentes manières de partitionner l'énergie interne du système isolé parmi les différents sous-systèmes.
Dernière modification par coussin ; 21/10/2020 à 13h19.
Je pense que c'est pour ça que les discussions tournent en rond. Il ne s'agit pas là de l'énergie totale au sens usuelle, qui est bien évidemment relative puisqu'on lui ajoute de l'énergie cinétique en changeant de référentiel. Je pense qu'il faut raisonner ici sur un concept d'énergie interne comme on rencontre en thermo (qui ne prend pas en compte les énergies cinétiques justement)
Bref, faut préciser et formaliser un peu tout ça.
Je prends un dernier exemple extrême, qui appuie mon point de vue : l'énergie d'ionisation d'un atome d'hydrogène (une énergie interne qui lie l'électron au proton) est 13.6 eV indépendamment du référentiel.
+1
Il est fort probable que notre incompréhension mutuelle vient de là.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
C'est bien souvent le cas...
Vu ses messages, yvon_l me semble être dans l'état d'esprit de l'automatique. Poser des questions sur les transferts d'énergie à des personnes dans l'état d'esprit de la relativité ne peut mener qu'à des quiproquos...
Dans ces situations il faut être très très précis sur ce dont on parle.
C'est aussi pour ça que j'ai précisé "en physique classique", pour ne pas tout compliquer. Mais il n'empêche que "énergie transférée" devrait être défini rigoureusement
(ceci dit dans l'autre discussion, le problème ne venait pas d'yvon l)
Moi j'ai pensé à ça comme :
(E2(t2) - E1 (t2)) - (E2(t1) - E1 (t1))
Avec t1<t2 et E1,E2 énergie des composantes 1 et 2 mesurée dans un référentiel quelconque.
Si on choisit comme définition "idem.... dans le référentiel du centre de masse", alors forcément c'est invariant. Par construction. Mais ça m'étonnerait que ce soit aussi simple vu que yvon l parlait aussi de Noether etc... Il y a quelque chose qui m'échappe mais seul lui pourra apporter sa lumière
Dernière modification par Deedee81 ; 21/10/2020 à 15h00.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Un transfert d'énergie entre 2 systèmes a lieu lorsque le système A abandonne une énergie au profit de l'élément B qui la reçoit. C'est une opération factuelle qui ne présume pas comment est l'énergie avant le transfert et comment elle sera après le transfert . Le transfert existe tant qu’il y a 'interaction entre A et B.
En mécanique un transfert à lieu par le biais d'une force d'interaction qui produit un travail. C'est ce travail qui est la manifestation du transfert. La force peut-être conservative ou pas suivant que le transfert est dissipatif ou non. La puissance moyenne correspond au rapport du travail par la durée ou la force travaille.
Un transfert énergétique est caractérisé par la puissance de son interaction, alors que la notion de puissance ne concerne pas une énergie.
Dans un cas plus général, on peut facilement voir où sont les énergies et les transferts d’énergie en se posant la question de la puissance.
Si je prends par exemple un barrage qui par une cascade de transfert allume une lampe.
Pour A c’est l’énergie potentielle du barrage et pour B l’énergie thermique de l’environnement
Pour les transferts A->mécanique → électrique → rayonnement → chaleur (transfert thermique) → B (sans compter les transferts parasites).
A côté de cela on peut trouver pour «huiler la machine» de l’énergie telle que l’énergie mécanique de la colonne d’eau, l’énergie mécanique accumulée dans les masses rotatives de la turbine et du générateur, les énergies électriques 1/2LI² et 1/2CV².
Dans un fonctionnement continu (puissance constante),ces énergies ne sont pas en transfert. Par contre si le fonctionnement n’est pas continu ces énergies peuvent passer en mode transfert . Par exemple si tu coupes la charge par un disjoncteur, la cascade des transferts se modifie: accélération des masses mécaniques (transfert mécanique), évacuation de l’énergie magnétique dans l’étincelle de rupture (transfert électrique)...
.
Pour moi Noether intervient quand on considère l’énergie dans un système (à la limite qui subit ou non un transfert) et que l’on fixe en quelque sorte le système dans l’espace pour étudier son comportement énergétique. Ce sont les considérations de conservation d’impulsion, de conservation du moment cinétique et de conservation de l’énergie qui permet de résoudre certains problèmes. (La seule loi de conservation de l’énergie ne suffit pas). Dans un précédent fil j’avais souligné le problème du choix des vitesses pour connaître le transfert d’énergie thermique qu’une masse M subit quand elle passe de V1 vers V2 (V1>V2). Le problème se complexifie, si par exemple lors d’un choc (V2=0), un transfert vers une énergie de rotation 1 /2.Iw² se produit à cause de la création d’un moment de force
Par contre le problème se simplifie quand dans le système, un des éléments est la terre. Dans ce cas Le centre de masse est pratiquement fixe et un référentiel terrestre quelconque suffit pour définir les vitesses mises en jeu.
Oui, bien vu, c'est effectivement perturbant pour par exemple un thermodynamicien. Mais pas que ... le simple freinage d'une masse qui prend seulement en compte la différence de vitesse pour un transfert de type freinage ou accélération. J'ai remarqué que les "relativistes" simplement newtonien pouvaient par des raccourcis trompeurs arriver à des solutions absurdes (autre formation- autre état d'esprit).
Avec l'énergie abandonnée qui dépend du référentiel ?
Mais qui présume ce que sera la différence d'énergie entre avant et après le transfert ?
Je dirais que si on considère la phase de compression, l'énergie accumulée (donc reçue) par la partie élastique comprimée (par ex un ressort) ne dépend pas du référentiel. Par contre, l'énergie utilisée pour faire varier la vitesse pendant cette phase dépend du référentiel.
La durée de cette phase de compression ne dépend pas du référentiel.
Donc la puissance dépend du référentiel.
Un observateur regarde un homme pousser une voiture sur une route horizontale, et calcule l'énergie dépensée pour pousser la voiture. Un deuxième observateur assis dans un train qui passe, calcule lui aussi l'énergie dépensée. son résultat est plus important que le résultat du premier observateur, et pourtant, l'homme ne paraît pas plus fatigué.
Je reprends l'exemple de cette masse qui freine : votre assomption de système isolé est cruciale. Il faut agrandir le système jusqu'à ce qu'il soit isolé (à la précision voulue...). On commence par considérer la masse, ça ne colle pas quand on regarde la conservation de l'énergie et du moment cinétique... On chipote alors et on agrandit le système à masse+Terre et là ça colle. Bah oui, la Terre reçoit de l'énergie et du moment cinétique lors du freinage...
Maintenant, je peux chipoter encore plus : l'énergie et le moment cinétique reçue par la Terre lors du freinage a changé son orbite et donc son interaction gravitationnelle par rapport aux autres planètes. Il faut alors agrandir le système au système solaire pour qu'il soit à peu près isolé pour ce niveau de chipotage.
Bien sûr, ce processus continue jusqu'à considérer l'univers comme étant le système
Mais non le référentiel n’a rien à voir, il ne participe pas au transfert, il a un rôle d’observateur pour le système
Comme l’énergie est conservée, comment veux-tu qu’il y ait une différence. Le transfert proprement dit n’accumule, ni ne donne de l’énergie à A et/ou B
Non, c’est 2 phases s’annule, sinon il y aurait accumulation/ diminution d’énergie dans le ressort (qui se tendrait ou se détendrait de plus en plus au fur et mesure des chocs. L’énergie potentielle moyenne du ressort reste constante. Comment un référentiel peut-il agir sur un ressort?
Petite remarque. Un contenant un gaz à une température constante à une énergie thermique constante due à l’énergie cinétique des molécules. Ce gaz est soumis à des milliards de petits transferts énergétiques chaque seconde. Chaque transfert a une puissance moyenne nulle
Bon, la on ne parle pas de transfert d’énergie.
Sans vraiment chipoter dans ce système, lors du freinage, on peut dire que la terre ne reçoit pas d’énergie car la répartition des énergies est inversement proportionnelle aux masses (voir formule énergie cinétique et quantité de mouvement).
C’est la même chose avec la terre et un satellite. Ce système a une énergie constante mais il subit des transferts si la trajectoire est elliptique. Les transferts ont lieux au niveau du satellite, et le transfert entre satellite et terre est négligeable (on ne peut pas dire que cela affecte le centre de masse).
Prenons pour exemple le shoot sur un ballon. Dans un premier temps, l'énergie fournie par le pied va comprimer l'air qui est dans le ballon. Le gaz dans le ballon voit son énergie augmentée (comme la compression par un piston dans un cylindre. Un premier travail de compression disons positif a lieu avec augmentation de la température du gaz. Dans un second temps le gaz se détend (et se refroidi) fournissant au ballon de l'énergie cinétique. Il y a donc un second travail de sens contraire (si on peut dire) la force reste dans le même sens mais direction opposée). Si le transfert est adiabatique (pas d'échange thermique entre ballon et milieu) l'énergie fournie par le joueur a été transféré au ballon ( je simplifie). De plus dans ce cas (idéal) le travail total est nul mais on peut définir quand même la puissance du shoot fourni par le joueur en se référent à la durée et au travail pendant la phase de compression (ou de détente) par exemple. Songer aussi à une succession de compression/ détente adiabatique: le travail global est nul.
Dernière modification par yvon l ; 21/10/2020 à 19h08.
C'est démontré un peu plus haut.
C'est toi même qui dit : "... abandonne une énergie au profit de l'élément B qui la reçoit."
Je ne parle que d'une phase (compression) et non pas deux, et de l'énergie du ressort pendant cette phase seulement.
Et je précise bien : "... ne dépend pas du référentiel."
On pousse une voiture (même sur route horizontale, il y a les frottements), on exerce donc une force, on fournit un travail, et il n'y a pas de transfert d'énergie ?
je transvase avec une tasse de l’eau du récipient A vers le récipient B , il ne reste rien dans la tasse après le transfert
Tu dois considérer l’ensemble du transfert (la tasse doit se remplir puis se vider)
Ok, j'ai mal lu.
Si par exemple avec une force de 1000N sur une distance de 10m, le travail est de w=F.D = 10000 J (ie gars doit fournir ces 10000 J) et le milieu ambiant recevra 10000J d’énergie thermique (en passant par un transfert thermique (chaleur)) pour autant que le plan est horizontal.
cela pour n’importe qui …
Cela ne me pose pas de problème car le transfert pour moi est indépendant de l’observateur.
Dans le référentiel de l'observateur immobile, le gars parcourt 10m pendant un temps t, et le train se déplace à une vitesse V
Dans le référentiel de l'observateur assis dans le train, le train est à l'arrêt et le gars parcourt une distance D = 10m + V.t , et fournit w=F.D =1000 x (10 + V.t) Joules.
Et si pour simplifier, on considère que ses pieds sont immobiles pendant qu'il pousse, il reçoit w= 1000 x V.t Joules de la terre sur laquelle il s'appuie.
Si je reprend ton exemple du shoot sur un ballon, pour comprimer le ballon, le pied doit aussi (comme le gars ci-dessus) parcourir une distance différente suivant le référentiel choisi, et l'énergie fournie sera aussi différente.
Re : Transfert d’énergie dans un système isolé.
@coussin #6 #7 #8 : Je suis tout à fait d'accord avec tout.
Un exemple simple qui pose des problèmes de compréhension, en général, entre physiciens relativistes et automaticiens : déplacement vertical d'une masse dans un champ de pesanteur constant, sans aucune perte thermique, à vitesse constante.
Un ascenseur qui descend à vitesse constante charge une batterie : conversion d'énergie potentielle de pesanteur en énergie chimique.
Un ascenseur qui monte à vitesse constante décharge une batterie : conversion d'énergie chimique en énergie potentielle de pesanteur.
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En physique classique linéaire, il n'y a que deux types déchange d'énergie :
1) Système du premier ordre
- un seul pôle réel en -1/tau
- fonction de transfert 1/(1+tau.p)
- réponse temporelle en e^(-t/tau)
- Le signe de la constante de temps donne le sens de l'échange d'énergie
- Exemple de constante de temps et système : Résistance.Condensateur, Inductance/Résistance, Masse/Frottement, Frottement.Ressort.
2) Systeme du second ordre (sans amortissement, pour l'amortissement, voir système ordre 1)
- deux pôles imginaires purs en +-j.w
- fonction de transfert 1/(1+p^2/w^2)
- réponse temporelle en sin(w.t)
- L'énergie s'échange dans les deux sens.
- Exemple de pulsasion^2 et systèmes : 1/(Inductance.Condensateur), Masse/Ressort
L'obtention d'un régime permanent est impossible avec uniquement des systèmes d'ordres 2 (réponse en sinus), il faut donc transitoirement jouer avec un échange d'énergie avec un "extérieur" pour stabiliser l'échange d'énergie.
Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».
Pour moi, c'est une erreur de raisonnement qui aboutit à une absurdité. Le bon sens serait de dire que la distance parcourue par le gars est de 10m point c’est tout. L’observateur n’y changera rien, même s’il constate de son point de vue une distance différente. Ce n’est pas lui qui subit le transfert.
Si maintenant tu veux analyser cela du point de relativité newtonienne c’est pour moi un exemple complexe car il fait intervenir en terme d’énergie, la terre, le gars, la masse à pousser et l’environnement (qui reçoit en finale l’énergie sous forme thermique)
Je te propose donc de simplifier le problème pour montrer que ce n’est pas simple.
Prends un système qui comprend d’une part la terre (avec son champ de pesanteur) et un mobile animé d’une vitesse V sur une trajectoire rectiligne horizontale . Ce système contient une énergie globale bien définie pour un observateur. Cette valeur est cependant différente suivant l’observateur (galiléen). Bref cette énergie est relative.
De plus, dans cette situation, le mobile n’est soumis à aucune force pouvant effectuer un travail (horizontal) si on suppose qu’il n’y a pas de dissipation dans l’environnement. Ceci veut dire aussi que mon système est complètement isolé même de son environnement (pas de transfert thermique). Bref, le système ne subit pas de transfert d’énergie.
Maintenant le mobile aborde une montée. Suivant la pente, le mobile, va alors être soumis à un travail de la part de la composante verticale de la force pesanteur qui s’exerce sur lui. Le travail de cette force est la manifestation d’un transfert d’énergie. Plus exactement c’est tout le système (masse terre) qui est le siège du transfert, alors que l’énergie du système ne change toujours pas pour un observateur quelconque.
Si maintenant je veux calculer le transfert particulier cinétique → potentiel que le mobile subit je dois faire intervenir la quantité de mouvement du système.
Ceci revient à dire ici que seul le mobile subit le transfert d’énergie. (Il ne reste rien pour la terre à cause de sa masse importante) et que la terre est le référentiel particulier qui permet de calculer simplement le transfert que subit la masse pendant toute la montée et éventuellement pendant la descende en sens contraire. Bref. La solution exacte se dégage comme par exemple un mécanicien à l’habitude de faire (= personne qui n’a pas besoin d’être sensibilisé au problèmes relativité).
C'est un cas où le système est d'ordre 2 avec w=0.
2) Systeme du second ordre (sans amortissement, pulsation nulle)
- deux pôles nuls
- fonction de transfert 1/p^2
- réponse temporelle en t pour une impulsion de pesanteur et en t^2/2 pour pesanteur constante.
- L'énergie s'échange dans les deux sens.
- Exemple : Chute libre d'une masse (ou équivalent) en champ de pesanteur.
Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».
d'ailleurs, quand on integre le théoreme de l'énergie cinetique dans le cas de force conservative on obtient d(somme_Ec +somme_Ep)=0
on a donc somme_Ec +somme_Ep=constante qui dépend d'un rererentiel
il faut séparer en deux: une energie macroscopique dans le referentiel + une energie microscopique (=interne si pas de rotation)) dans de referentiel barycentrique
Pour ce cas particulier, on est bien d'accord, il est plus facile de prendre le référentiel où la distance parcourue par le gars est de 10m.
Mais il faut quand même rappeler la question de départ de cette discussion :
Donc, on doit pouvoir utiliser tout référentiel.
Même chose ici :
Il y a aussi des cas plus complexes, par exemple si un joueur de foot, voyageant dans un train, à une vitesse V, shoot sur un ballon qui passe par la fenêtre et retombe sur le quai où il est reçu par un autre joueur.
P(t) = dE/dt, donc le changement de ref galiléen n'impacte pas la puissance de façon évidente.
Ou alors, je rate un truc énorme dans toutes ces discusions...
C'est plus difficile avec des référentiels accélérés.
Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».
Pour qu'on puisse avancer un peu est qu'une définition du transfert comme "travail des forces intérieures" (celui qui apparait dans le théorème de l'énergie cinétique) peut convenir ?
Car ce travail est bien indépendant du référentiel.
Comme tu vois il faut être prudent. N’oublie pas qu’un transfert mécanique correspond en mécanique au travail d’une force. On parle alors de distance, pas de vitesse. La distance entre 2 points en relativité newtonienne ne change pas avec le choix du référentiel. C’est la vitesse des 2 points qui change, pas la distance.
Dans un problème de transfert, ce qui est pertinent en mécanique c’est la distance. La vitesse, elle, renvoi à l’énergie cinétique. Donc méfies toi Dans ton exemple, tu te retrouves avec un transfert bidon qui te donne un résultat incorrect . En effet, si de ton train, tu observes la masse quand elle est immobile, (le transfert est nul), tu trouverais un transfert w= F.Vt qui ne correspond à aucun transfert réel. Il n’y a pas de force qui parcourt la distance Vt . Bref, Tu trouves un transfert F.Vt quand le gars pousse avec une force F qui ne serait pas suffisante pour déplacer le mobile (mobile calé).
Voir ton message #22
Dans le référentiel de l'observateur immobile, le gars parcourt 10m pendant un temps t, et le train se déplace à une vitesse V
Dans le référentiel de l'observateur assis dans le train, le train est à l'arrêt et le gars parcourt une distance D = 10m + V.t , et fournit w=F.D =1000 x (10 + V.t) Joules.
w=F.D =1000 x (10 + V.t) Joules.
