Conservation de l'énergie

[Littlenerd]

Bonjour ! Je viens à vous aujourd'hui dans l'espoir que l'on éclaire ma lanterne par rapport à un exercice en physique. En fait, vu qu'on nous demande de négliger l'action de l'air, je suis plutôt confus. Voici l'énoncé :
Une particule B, de masse m = 10g est lancée verticalement vers le haut d'un point O avec une vitesse V0 = 10 m/s. Le plan horizontal passant par O est le niveau de référence de l'Epp. Négligez l'action de l'air.
Dans un premier temps, il nous est demandé de calculer l'énergie mécanique du système (B-terre) au point O, ce qui est relativement aisé, Em"o" = Epp "o" + Ec "o" = O + 1/2mv^2 ce qui nous donne, d'après mes calculs 0,5 J. Dans un second temps, il faut calculer l'énergie mécanique du système (B-Terre) au point le plus haut A, et ensuite interpréter le résultat. Selon mon raisonnement, vu que l'on néglige l'action de l'air, qui est une force dissipative (étant donné que l'air n'est pas inclus dans le système) cela signifie que la vitesse reste constante au cours du temps ?? Vu que c'est la résistance de l'air qui fait ralentir B tandis qu'il s'élève dans les airs, est-ce correct ? Ou est-ce le poids qui fait diminuer la vitesse de B à mesure qu'il monte ? Mais il est écrit dans l'énoncé que A est le point le plus haut, ce qui signifie que B va forcément redescendre à un moment et que donc il y'a forcément une force dissipative ?? Mais en même temps j'ai envie de dire qu'il y'a conservation de l'énergie mécanique puisque à mesure que B monte, même si la vitesse diminue, la Epp augmente alors Em "A" = 0.5 J?? Aahh je suis confus alors que ça n'est de base pas compliqué.
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[stefjm]

L'énergie mécanique se conserve et se répartit entre cinétique et potentielle.

[mach3]

Quand on lance une masse vers le haut, à la verticale, elle monte, atteint un point culminant, puis redescend.
Si c'était uniquement les frottements qui agissait sur elle, la ralentissant pendant qu'elle monte, jusqu'à ce qu'elle s'arrête à son point culminant, comment se ferait-il qu'elle descende ensuite?

m@ch3

[Littlenerd]

Hello ! Merci à vous deux. Je suis arrivé moi aussi à cette conclusion. Ça me semble parfaitement logique. Puisque l'on ignore l'action de l'air, cela signifie que le système est énergétiquement isolé, techniquement, et que donc aucune force dissipative n'agit sur lui et dans ce cas logiquement il y'a conservation de l'énergie mécanique. En réalité il y'a des forces dissipatives mais on choisit de les ignorer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

Et donc, pour vérifier que c'est bien compris, qu'est ce qui fait ralentir la masse, puis la fait descendre ?

m@ch3

[Littlenerd]

Et donc, pour vérifier que c'est bien compris, qu'est ce qui fait ralentir la masse, puis la fait descendre ?

C'est le poids qui pèse sur les épaules de la pauvre particule!
Merci beaucoup de me venir en aide <3

[Zirconium40]

Bonjours à tous, je profite du titre de cette discution pour poser une question bien qu'elle ne concerne pas le même domaine de la physique.

J'ai appris que le soleil fusionner une grande partie de son hydrogène grâce à la l'effet tunnel qui permet la fusion des noyau bien que l'énergie cinétique de ces derniers soit inferieur à l'énergie requise.

Je me demandais donc :
Si un la fusion de deux atome nécessite une énergie E et que grâce à l'effet tunnel, la fusion se fait avec une énergie P inférieur à E, la fusion de cette atome rendra elle une énergie E (donc supérieur à l'énergie P que nous avons dépensée) ?

Si c'est le cas le principe de conservation de l'énergie est il respecté ?

[Deedee81]

Salut,

Je me demandais donc :
Si un la fusion de deux atome nécessite une énergie E et que grâce à l'effet tunnel, la fusion se fait avec une énergie P inférieur à E, la fusion de cette atome rendra elle une énergie E (donc supérieur à l'énergie P que nous avons dépensée) ?
Si c'est le cas le principe de conservation de l'énergie est il respecté ?

Voyons ça pas à pas.

Voyons d'abord le cas sans effet tunnel. Ce qu'on a est une barrière de potentiel à franchir, une barrière répulsive due à la répulsion Coulombienne. Supposons qu'on ait une particule qui veut franchir cette barrière. Il lui faut suffisamment d'énergie. Disons qu'elle a une énergie E et que la barrière de potentiel vaut V. Dans la barrière la particule a alors une énergie E - V (il faut donc que E > V) et dès qu'elle en sort, elle a à nouveau son énergie E. Evidemment il y a conservation de ll l'énergie avec un échange énergie cinétique <-> énergie potentielle. C'est juste comme une voiture franchissant une colline sans moteur mais en profitant de sa lancée.

Avec effet tunnel maintenant. En fait c'est la même chose, si ce n'est que E est inférieur à V et que la particule à la possibilité de passer der l'autre coté de la barrière comme un passe muraille
(techniquement, son énergie est négative pendant la traversée ce qui se traduit, comportement quantique ondulatoire oblige, par une diminution exponentielle de la fonction d'onde mais qui ne s'annule jamais conduisant à une certaine probabilité que "ça passe"). Idem que la voiture et la colline mais le petit malin a découvert un tunnel qui lui permet de profiter d'une énergie cinétique initiale modeste (bon l'analogie vaut ce qu'elle vaut mais c'est de là que vient le nom de l'effet).

Et dans tous les cas, la particule a l'énergie E en arrivant dans le noyau (bon, elle peut prendre un peu de vitesse ou en perdre un peu, c'est pas le plus important ici).

L'effet tunnel ou la barrière ne joue donc pas sur la conservation de l'énergie ni sur la fusion. Juste sur la probabilité que ça se produise.

Une fois dans le noyau. On a un noyau d'énergie E1 (en tenant compte des énergies de liaison), la particule d'énergie E. Et après transformation du noyau, il aura une énergie E2.
Cela ne peut se produire que si E2 < E1+E. Sinon la particule va être repoussée sans plus (et ça arrive, tous les noyaux n'absorbent pas facilement un proton). Notons que la transformation peut être radicale (*).
Si oui, alors le surplus d'énergie var être émis sous forme de rayonnement, d'énergie cinétique des noyaux, du neutron final pour le cas avec tritium, de neutrinos (assez fréquents dans ce type de transformation).

(*) La fusion est assez difficile car un noyau d'hydrogène c'est un proton. Or le prochain élément stable hors isotope (j'y reviens) est l'hélium 3 qui a deux protons et.... un neutron.
C'est pour cela qu'en physique thermonucléaire (que ce soit les réacteurs ou les bombes) on utilise plutôt du deutérium : proton+neutron. Et aussi du tritium, instable, mais la barrière de potentiel est plus faible et le neutron excédentaire est rejeté (en même temps que l'He 4 ainsi formé). Et il est plus facile de récupérer l'énergie d'un neutron que d'un neutrino

Mais dans les étoiles peu ou pas de deutérium (et encore moins de tritium). Il faut qu'un proton devienne un neutron ce qui est "lent" (toute proportion gardée, versus les interactions nucléaires fortes) car cela se fait via l'interaction faible. On a donc divers processus avec plusieurs étapes et même parfois avec interventions d'atomes plus lourds dont typiquement le carbone (le fameux "phénix" du cycle CNO).

C'est surtout ces difficultés qui "ralentissent" la fusion. Sinon l'étoile se contracterait un peu plus, et hop elle aurait assez d'énergie pour la barrière de potentiel. Les toutes premières étoiles née sans élément lourd ont dû avoir plus de mal à s'allumer d'ailleurs (mais on ne les a pas encore observé, bien qu'on n'en soit probablement plus très loin).

Mais ça c'est des détails techniques. L'important ici étant le bilan et oui la conservation est respectée. Heureusement d'ailleurs (s'il y a bien un principe indéboulonnable, pour plusieurs raisons, c'est bien le premier principe).