Ou la force disparait ?

[invite3d048543]

Bonjour.

Voici ce que j'aimerais comprendre:

J'ai un disque fait d'une matière solide et résistante.

Je fait tourner le disque a partir de son centre sur un axe perpendiculaire au disque avec un moteur.

Le disque se met donc a tourner sur lui même.

Tout les atomes du disque sont attirés vers l’extérieur du centre du disque, perpendiculairement à l'axe de rotation grâce a la force centrifuge.

Comme le disque est solide, ses atomes restent en place et résistent a la force centrifuge qui les pousseraient naturellement a se disperser.

Une fois que j'ai arrêté le moteur après un certain temps. le disque s'arrête de tourner, il reviens à sa position initiale, il n'as subit aucune déformation.

Pour pourtant ses atomes on subit une force constante pendant un certain temps.

Comme aucune énergie ne se perd et que le disque n'as subit aucune transformation. Ou est passée l'énergie ?

Merci.
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[Black Jack 2]

Bonjour,

L'énergie cinétique de rotation est dissipée par frottement.

Frottement du disque dans l'air et frottement interne au moteur (par exemple dans les roulements).

[invite3d048543]

Je trouve que ce que tu dis n'as pas de sens car ce n'est pas l'air qui retiens les atomes du disque et les empêche de fuir le centre perpendiculairement a l'axe. Pareil pour le moteur.
Je parle de la force centrifuge générée par le mouvement du disque et appliquée sur les atomes du disque, le moteur n'est pas placé atour du disque de facon a empecher les atomes du disque de fuir pendant que le disque tourne.

[mach3]

Le disque se déforme légèrement lorsqu'il est en rotation, cette déformation pouvant être trop petite pour être visible sans instruments de précision. Il y a contrainte, donc déformation, seul un solide infiniment rigide (ce qui n'existe pas!) ne se déforme pas sous une contrainte. Si la contrainte reste sous la limite dite "élastique" du matériau, quand la contrainte cesse, la déformation est annulée et le disque reprend sa forme initiale. Si la contrainte dépasse la limite élastique, alors la déformation ne s'annule pas complétement quand la contrainte cesse, et le disque est déformé de façon permanente.

Pour s'intéresser à ce problème de contrainte/déformation, il serait plus simple de considérer un solide sollicité en traction, voire même le modèle simplifié qu'est le ressort : https://fr.wikipedia.org/wiki/Ressor...C3%A9mentaire)

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3d048543]

Ok, je ne m'intéresse qu'au cas ou la contrainte reste sous la limite élastique de materiau (metons de l'acier). Comment l'objet peut reprendre sa forme initiale sans aucun changement ?

[Sethy]

Le travail d'une force, c'est F.L. Ici comme tu envisages le déplacement radial et qu'il est pratiquement nul (voir l'explication de mach 3), L vaut pratiquement 0 et donc le travail également.

Comme l'énergie dissipée est égale au travail ... je te laisse conclure.

[invite3d048543]

je vois pas trop ce que je pourrais en conclure. Soit la force centrifuge appliqué est presque infiniment faible, soit l'acier presque infiniment résistant. Ou bien l'effet de la force est absorbée par le monstre spaghetti volant.

[mach3]

Ok, je ne m'intéresse qu'au cas ou la contrainte reste sous la limite élastique de materiau (metons de l'acier). Comment l'objet peut reprendre sa forme initiale sans aucun changement ?

Sous la limite élastique, le comportement d'un solide est le même qu'un ressort : il reprend sa forme quand la contrainte cesse. Les liaisons interatomiques peuvent en première approximation être considérées comme des ressorts : si on approche/éloigne deux atomes, la force de répulsion/attraction est proportionnelle à la variation de distance. La force F et la déformation x sont reliés par une relation de type F=kx (k constante de raideur). Cela est dû à la forme du potentiel qui est approximativement une parabole (typiquement en kx²/2).
Si je comprime/étire un solide, de l'énergie est stockée sous forme potentielle dans les liaisons interatomiques (il y a un travail). Si je cesse de comprimer/étirer, l'énergie stockée est libérée (en général sous forme de chaleur, mais une partie peut être extraite sous forme de travail avec un dispositif approprié) et le solide reprend sa forme.

Par ailleurs, j'ai un doute sur la bonne compréhension du terme "Force". A voir par la suite...

m@ch3

[invite3d048543]

Ok, donc au final, l'acier perd de la chaleur si j'ai bien compris. La chaleur perdue est proportionnelle à la longueur du chemin de retour du ressort seulement ou bien aussi temps qu'a duré la contrainte ?

[mach3]

Pour décomposer,
1) il n'y a pas de force, l'objet à ses dimensions normales
2) on commence à appliquer une force de valeur kx, le solide se déforme et il y a travail de la force, le solide stocke alors de l'énergie progressivement au fur et à mesure de sa déformation
3) la déformation atteint la valeur x, le solide cesse de se déformer, la force est toujours présente mais elle ne travaille plus, au total kx² d'énergie ont été transmis et stocké sous forme d'énergie potentielle dans le solide.
4) La force cesse, le solide se déforme dans l'autre sens et il libère de l'énergie progressivement au fur et à mesure qu'il reprend sa forme
5) Le solide a repris sa forme initiale et a libéré totalement les kx² d'énergie qui ont été stockés

La forme sous laquelle le solide libère les kx² d'énergie varie suivant les situations et les dispositifs.

m@ch3

[XK150]

Le temps de la contrainte ne joue pas , sinon , on pourrait faire des mouvements perpétuels .Et récupérer plus que ce qui a été apporté .
De la chaleur , oui , mais il a été écrit " extraite sous forme de travail avec un dispositif approprié " , cela c'est pour les ressorts de montre , d'horloge mécanique à ressort , beaucoup de jouets mécaniques ...
Vous pouvez même démarrer votre auto sans batterie : https://startwell.com/

[Black Jack 2]

Je trouve que ce que tu dis n'as pas de sens car ce n'est pas l'air qui retiens les atomes du disque et les empêche de fuir le centre perpendiculairement a l'axe. Pareil pour le moteur.
Je parle de la force centrifuge générée par le mouvement du disque et appliquée sur les atomes du disque, le moteur n'est pas placé atour du disque de facon a empecher les atomes du disque de fuir pendant que le disque tourne.

Bonjour,

Désolé d'avoir lu en diagonale, trompé par le titre "Ou la force disparait " qui ne correspond pas au sujet du texte.

"Comme le disque est solide, ses atomes restent en place"

Si les atomes restaient strictement en place, le disque serait parfaitement indéformable ... et la force centrifuge ne produirait aucun travail.
Donc la question : où est passée l'énergie n'aurait pas de sens.

Tu confonds donc les notions d'énergie et de force. Le titre de ton sujet est "Où la force disparait ?"
La force centrifuge "disparaît" avec la vitesse revenue à 0 (à cause des frottements).
Et ce n'est pas parce qu'il y a une force que cette force travaille.

Si le disque n'est pas indéformable (comme c'est le cas en pratique) mais qu'on ne dépasse pas la limite élastique.
La force centrifuge déforme un rien l'objet et il y a alors travail de cette force.
Ce travail est "accumulé" dans une sorte de ressort (de la matière) qui limite la déformation.
Lorsque la vitesse diminue (à cause des frottements), le "ressort" restitue l'énergie accumulée et ramène les atomes à leur place originale.

Si le disque n'est pas indéformable (comme c'est le cas) mais qu'on dépasse la limite élastique.
La force centrifuge déforme l'objet et il y a alors travail de cette force.
Ce travail est "accumulé" dans une sorte de ressort (de la matière) mais une partie de l'énergie déforme de manière durable le disque.
Lorsque la vitesse diminue (à cause des frottements), le "ressort" restitue l'énergie accumulée mais ne ramène pas les atomes à leur place originale (puisqu'une partie du travail de la force centrifuge a déformé de manière permanente le disque).

[Sethy]

Je trouve que ce que tu dis n'as pas de sens car ce n'est pas l'air qui retiens les atomes du disque et les empêche de fuir le centre perpendiculairement a l'axe. Pareil pour le moteur.
Je parle de la force centrifuge générée par le mouvement du disque et appliquée sur les atomes du disque, le moteur n'est pas placé atour du disque de facon a empecher les atomes du disque de fuir pendant que le disque tourne.

As-tu déjà joué au squash ?

Si oui, tu auras peut-être remarqué qu'en fin de partie le balle est chaude (et d'ailleurs pour les meilleurs joueurs, ceux qui utilisent des balles qui ne rebondissent presque pas, ils "chauffent" littéralement la balle avant la partie).

Dans le cas d'une balle de squash, la déformation à chaque rebond et à chaque coup est très importante. Dans ce cas là, le travail qui est je le rappelle F.L est important puisque la balle se déforme beaucoup donc L est grand, le travail aussi et donc l'énergie également.

D'autre part, il ne faut pas oublier que la balle se déforme et se reforme à chaque rebond et à chaque chaque coup (donc L varie 2x à chaque coup et à chaque rebond). A l'inverse dans ton exemple du disque. L varie un tout petit peu au début et un tout petit peu à la fin. C'est comme si la balle de squash ne rebondissait qu'une seule fois. Et avec un seul rebond, la balle reste froide.