Energie

[Mxtt]

Bonjour,

Je suis étudiante en prépa et je prépare pour TIPE sur des cordes d'escalade.
J'aimerai faire une partie sur l’énergie dans une chute d'un corps.
Seulement mon programme scolaire ne me permet de me répondre réellement à toutes mes questions.

Alors voilà ce que j'ai cru comprendre.

Un corps en chute libre perd une énergie potentielle de pesanteur et gagne une énergie cinétique.
Dans une hypothèse où les frottements sont négligés, on peut écrire mgh=1/2mv^2

La viscosité de la corde dissipe un peu d’énergie.
Le tressage des fil de nylon qui compose la gaine et l'âme sont tressés de manière à donner un esprit élastique à la corde.



Cependant il me reste beaucoup de zones d'ombre.

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.
Mais j'ai du mal à comprendre l'idée du rapport entre la force de choc et l'énergie absorbée/perdue par le corps en chute.

De plus, je ne comprends pas le principe de perte d'énergie d'un point de vue chimique. Il y a des réaction chimique ? Un mouvement d’électrons ?

Enfin, que se passe-t-il lorsque la corde est tendue à son extrême avec un poids qui était en chute ? La vitesse est nulle. L’énergie est où ? Est ce qu'elle est nulle et la force de rappel de la corde recrée une énergie cinétique. Mais l'énergie potentielle est passé où ?





J’espère que vous parviendrez à m'aider sur des questions très pointues.

Merci beaucoup !!!

Mxtt
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[Deedee81]

Salut,

Le travail d'une force (c'est-à-dire l'énergie fournie/reçue) est F*d (où d est la distance sur laquelle s'applique la force).
Si la force F de traction arrête la chute sur une distance d (grâce à son élasticité) et si l'énergie cinétique avant de freiner est E, alors E = F*d

Il n'y a aucun aspect chimique ici. La dissipation d'énergie est due comme tu l'as dit par viscosité, frottement. Et le freinage est la transformation d'énergie cinétique en énergie élastique (comme pour un ressort) de la corde.
Ce qui répond à tes dernières questions il me semble.

P.S. ces questions ne sont pas si pointues en physique mais c'est vrai que lorsqu'on ne connait pas un domaine, c'est toujours pointu
P.S.2 : pour l'anecdote, en escalade on utilise des cordes dynamiques (c'est-à-dire élastiques, pour éviter de se casser les reins en cas de chute)à. En spéléo j'utilisais des cordes statiques (très peu élastiques, pour éviter de se prendre taper la tête dans un surplomb quand un grimpe un puits ). Ou comme on disait : en escalade, la corde est en assurance, en spéléo : on se pend sur la corde

[gts2]

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.

Force de choc ne veut rien dire : donner le paragraphe exact avec la formule associée pour que l'on puisse répondre.

De plus, je ne comprends pas le principe de perte d'énergie d'un point de vue chimique. Il y a des réaction chimique ? Un mouvement d’électrons ?

Vous voulez entrer dans le détail de ce qui se passe dans la corde ?
Parce que sinon, il y a des frottements internes à la corde qui s'échauffe.

Enfin, que se passe-t-il lorsque la corde est tendue à son extrême avec un poids qui était en chute ? La vitesse est nulle. L’énergie est où ?

Vous avez dit "donner un "esprit" élastique à la corde", cela ne vous rappelle rien comme énergie potentielle ?

[Mxtt]

Merci pour vos réponses,

J'ai juste du mal à comprendre : l

Le freinage est la transformation d'énergie cinétique en énergie élastique

L’énergie cinétique se transmet à la corde qui reprend l'énergie et la transforme en énergie élastique ? Comme une onde qui se propage ? L’énergie cinétique du corps se 'déplace' vers la corde qui va transformer l’énergie en énergie cinétique ?

Merci !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mxtt]

Bonjour, Je vous remercie de vos réponses.

Pour la force de choc, voila ce qu'on me dit :

En escalade ou en travail acrobatique, la force de choc est la force de décélération que subit un grimpeur (ou un cordiste) à la fin d'une chute. L’énergie doit être absorbée par le système d’assurage et en particulier par la corde. Si la corde absorbe bien l’énergie, elle va réduire l’impact sur le grimpeur.

de la sourcehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Force_de_choc (oui je sais, c'est wikipédia mais j'étais tout de même intrigué.

Mais elle est dite aussi ici

Lors de l'arrêt d'une chute, cette énergie est dissipée par l'allongement de la corde, déplacement de l'assureur, corps du grimpeur... L'énergie est transmise sous forme de force à la chaine d'assurage. C'est la force de choc. Pour le grimpeur, c'est l'impact perçu lors de l'arrêt de la chute.

du site https://www.petzl.com/LU/fr/Sport/Fo...hute---theorie.



Oui, je voulais rentrer dans les détail, si quelqu'un pouvais m'apporter des réponses. Sinon je me contenterai des frottements, de la façon dont est tisser la corde...


J'avoue que j'ai des lacunes sur l'énergie et donc je ne vois pas où vous voulez en venir....


Je vous remercie beaucoup pour toutes ces informations.

Mxtt

[obi76]

Ben en fait, quand quelqu'un grimpe, il acquiert de l'énergie potentielle. Quand il tombe, cette énergie devient de l'énergie cinétique. Si on ne fait rien, ben il s'écrase. Du coup la corde doit réussir à récupérer cette énergie cinétique, et à la dissiper.

Quand la corde (dynamique) se tend, comme un élastique, elle exerce une force sur le grimpeur : cette force va dans l'autre direction que celle de sa chute, donc elle le ralentit. Si elle dissipe trop vite et trop fort (comme une corde à piano), rupture des vertèbres, donc il faut qu'elle s'étire un minimum pour récupérer, mais pas trop violemment, cette énergie.

Ensuite cette énergie se dissipe dans la corde, essentiellement sous forme de chaleur (d'ailleurs si vous avez déjà assuré en moulinette, vous constaterez que lors de la descente, ça chauffe, et ça peut même chauffer très fort...).

[sunyata]

Bonjour,

Cependant il me reste beaucoup de zones d'ombre.

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.
Mais j'ai du mal à comprendre l'idée du rapport entre la force de choc et l'énergie absorbée/perdue par le corps en chute.

De plus, je ne comprends pas le principe de perte d'énergie d'un point de vue chimique. Il y a des réaction chimique ? Un mouvement d’électrons ?

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.
Mais j'ai du mal à comprendre l'idée du rapport entre la force de choc et l'énergie absorbée/perdue par le corps en chute.

Mxtt

Bonsoir,

Que fait l'énergie ? 2 principes la régisse dans le cadre de la chute du corps :
1-l'énergie se conserve.
2- l'énergie se dissipe.

Si la corde est élastique, comme dans le saut à l'élastique, l'énergie est conservée, la corde se tend accumule l'intégralité de l'énergie de chute sous forme d'énergie potentielle liée à la tension de la corde élastique. Puis l'élastique restitue l'énergie, et le corps remonte, jusqu'à retrouver son point de hauteur initiale.
Fin de l'histoire, de ce monde parfaitement élastique, le corps qui a chuté, monte et descend, et fait le yoyo jusqu'à la fin des temps.

Mais revenons sur terre, le second principe nous dit que par ailleurs l'énergie se dissipe, donc il y aura les frottements de l'air, un échauffement
de la corde dont l'élasticité n'est donc pas parfaite, et de l'énergie qui va être également absorbée par le montagnard en herbe, qui s'il a de la chance,
dissipera cette énergie, sans courbature, ni fracture. Donc le mouvement qui aurait du être entretenu, ne l'est pas au final, et donc,
le mouvement va être amorti, plus ou moins rapidement, plus ou moins brutalement.

De plus, je ne comprends pas le principe de perte d'énergie d'un point de vue chimique. Il y a des réaction chimique ? Un mouvement d’électrons ?

D'un point de vue chimique, l'énergie se dissipe sous forme de chaleur. Qu'est-ce que la chaleur Q ? Q = TxS La chaleur résulte de 2 aspects qui se combinent : l'agitation moléculaire qui fixe la température (c'est à dire au final l'énergie cinétique interne des composants du système), et l'entropie du système qui prends en compte la taille du système et sa structure, c'est à dire son organisation)
Ainsi la dissipation par la chaleur, ne requière pas de réaction chimique, mais se traduit par un échauffement de la corde, et une usure de la corde, une destructuration, car elle n'est jamais parfaitement élastique...

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.

Pourquoi la force du choc dépend-t-elle de la longueur de la corde ?
Parce-que plus la corde est longue plus son élasticité permettra un allongement important. C'est facile à comprendre :
Un élastique de même modèle à une capacité d'allongement plus importante qu'un élastique plus court, donc un élastique plus long, amortira d'avantage
un choc, qu'un élastique plus court, qui lui va donc restituer l'énergie beaucoup plus rapidement.
On peut prendre l'analogie d'un condensateur en électricité, un condensateur de grosse capacité pourra stocker, donc absorber plus d'énergie, qu'un
condensateur de capacité inférieure.
Si on est dans le domaine de l'élasticité, la corde parfaitement élastique est comme un parfait condensateur, qui est un accumulateur d'énergie.

Mais j'ai du mal à comprendre l'idée du rapport entre la force de choc et l'énergie absorbée/perdue par le corps en chute.

L'énergie perdue par le corps en chute, et l'énergie potentielle qui s'est transformée en énergie cinétique.
L'énergie absorbée, est l'énergie accumulée lorsque la corde se tend et se trouve dans son domaine d'élasticité.
L'énergie dissipée correspond à la chaleur, c'est à dire l'agitation cinétique des atomes, et la détérioration/usure du système qui correspond à l'augmentation
de son entropie.

Enfin, que se passe-t-il lorsque la corde est tendue à son extrême avec un poids qui était en chute ? La vitesse est nulle. L’énergie est où ?

L'énergie potentielle liée à la hauteur de chute du montagnard (m.g.h) s'est transformée en énergie cinétique au cours de la chute (1/2 mv²).
Au moment ou la vitesse est nulle, toute l'énergie se trouve à nouveau sous forme d'énergie potentielle, donc potentiellement restituable,
si nous nous trouvons dans le domaine réversible de l'élasticité.

Est ce qu'elle est nulle et la force de rappel de la corde recrée une énergie cinétique. Mais l'énergie potentielle est passé où ?

L'énergie potentielle se trouve dans la structure qui est élastique. Si au moment où la vitesse est nulle la corde casse, l'énergie potentielle,
est dissipée sous forme de chaleur et sous forme d'augmentation de l'entropie du système, puisque la corde est détruite et est devenue
inutilisable.

Cordialement,

[Julien 06]

Bonjour Mxtt, je suis également en train de faire mon TIPE sur les corde d'escalade.
Pour le moment, j'ai mesuré l'allongement de la corde pour différentes masses et une hauteur donnée en assimilant la corde à un ressort. J'en ai déduit la constante de raideur.
Est ce que je peux te demander ta problématique parce que j'avoue que j'ai du mal à définir la mienne.
Si nous pouvons nous entraider...
Julien

[Julien 06]

Bonjour Mxtt, je fais également mon Tipe sur les cordes d'escalade.
Pour le moment j'ai assimilé la corde à un élastique en mesurant l'allongement de la corde avec différentes masses pour une hauteur donnée.
Ainsi j'ai pu calculer la constante de raideur.
Est-ce que je peux te demander ta problématique parce que j'avoue que j'ai du mal à définir la mienne.
Si nous pouvons nous entraider...
Julien

[Deedee81]

Bonjour,

Bienvenue sur Futura.

Cette discussion n'est pas vieille mais elle date quand même de mai et Mxtt n'a posté que trois messages et n'est pas revenu.
S'il ne répondait pas et que tu avais des questions, n'hésite pas à ouvrir une nouvelle discussion.

Merci

[Mxtt]

Bonjour,
Excuse moi de te répondre si tard.
Actuellement je ne travaille plus sur mon TIPE puisque j'ai enfin fini ma prépa.
Cependant si besoin je peux essayer de t'aider.

Ma problématique était de comprendre comment le temps affecté les cordes. En d'autres termes, comment vieillit les cordes.

[Julien 06]

Bonkour,
je serais vraiment intéressé pour étudier les effets du vieillissement de la corde, et du coup en quoi cela impacte la sécurité . Si tu as des expériences , ou une étude , je serais preneur .
As tu aussi travaillé sur un autre modèle que le ressort pour la corde , comme un modèle viscoélastique ?
Merci pour ton aide
Julien

[Mxtt]

Bonjour, ce que j'avais fait c'est que j'ai récupérer des cordes d'escalade au près de mes profs d'EPS dans mon lycée. Mon professeur de SI a également acheter une corde neuve.

Je me suis vaché en haut d'un surplomb à 8 m de haut. On a posé une caméra pour filmer et j'ai fait chuter des poids de 5Kg, 10Kg, et 15Kg du haut du mur. J'ai ensuite tracker les points sur tracker et tout balancer dans excel. Ça m'a donné l’élasticité des cordes expérimentalement

Maintenant je te laisse réfléchir à toutes les hypothèses à mettre en place, comment mettre en oeuvre tout cela. Avant de faire ton expérience, n’hésite pas à la faire de manière miniature avec un lacet et des petites masses et exploite tes résultats afin de connaitre les point faible de ton exprience pour savoir ce que tu ne dois surtout pas oublier de faire avant / pendant / après ta grande expérience .

Bon courage !
Excuse moi pour le temps d'attente.
Si jamais, n'hésite pas

-Mxtt

[Hermillon73]

Bonjour Julien06,

Vous gagneriez beaucoup effectivement à vous rapprocher des spéléos / grimpeurs. Je me souviens avoir vu passer des études (il y a longtemps !) sur le vieillissement, et aussi par exemple une étude sur la rupture en fonction du nœud choisi, ce dernier point ayant pas mal d'importance, vu qu'il absorbe une partie non négligeable de l'énergie en cas de chute.

J'ai retrouvé ça, pas tout à fait votre demande, mais ça peut vous donner une idée de "protocole", et vous pouvez chercher s'ils n'ont pas fait d'autres études, plus spécifique, concernant le vieillissement :
https://www.ensa.sports.gouv.fr/site...srappelsV4.pdf

Anecdote : je me souviens aussi d'un copain qui mettait ses cordes spéléos à sécher pas trop loin de sa chaudière. Le séchage trop "brutal" avait accéléré leur vieillissement, elles avaient toutes cassée lorsqu'on s'était amusé à faire un test avec une gueuse (le poids en fonte, pas la dame de mauvaise vie...) . Rassurant

Cordialement.