Energie mecanique statique

[Jay Robinson]

Bonjour à tous,
Cela fait plusieurs jours que je me creuse la tête sur des questions de mécanique simple
Je n'arrive pas à trouver de réponse sur internet, ni dans mes livres...
L'idée est de trouver comment calculer l’énergie nécessaire pour maintenir un objet en suspension dans un champ gravitationnel
J'ai essayé de formuler ma question sous forme de problème le plus précis possible:

Soit une Boule suspendu à un système la tirant vers le haut
(Système qui pourrait être Un électro-aimant, un muscle, un vérin... peut importe, l'idée est d'avoir un système actif qui va être contracté et consommer de l'énergie pour se maintenir contracté)

Cette boule est donc soumise à deux forces:
-> L'attraction gravitationnelle de la terre (P=mg)
-> La force de traction du système (F)

Le système est activé et consomme donc de l'énergie pour maintenir une tension exactement égale à la force de l'attraction gravitationnel.
Résultat, la boule est immobile à l'équilibre (P = m.g = F), et le système consomme une énergie constante

Comme il n'y a pas de mouvement, il n'y a donc pas de Travail mécanique, cependant le système consomme bien de l'énergie pour s'opposer à la force de gravité.
Comment calculer l'énergie dépensée sur une certaine durée par ce système? (en considérant qu'il n'y ai aucune perte)

Niveau Forces, c'est facile
Mais pour passer de la Force à une énergie...

Y a t il quelqu’un qui puisse m'expliquer?
Merci infiniment d'avance!
-----

[f6bes]

Bjr à toi,
Et pourquoi il y aurait consommation d'énergie ?
Faisons simple: une boule , une ficelle, un piton fixé au plafond.
Je suspend la boule au piton.....je consomme quoi comme énergie...et ça peut durer....l'éternité !! (....Comment calculer l'énergie dépensée sur une certaine durée par ce système? )
Ya rien à calculer.
A+

[gts2]

Si c'est un système actif, l'énergie dépensée est celle des pertes (Joule dans le cas de l'électro aimant) et comme vous considérez les pertes nulles, cela fait 0.

[Jay Robinson]

Bonjour, merci pour la réponse rapide f6bes!

Oui en effet avec une ficelle il n'y aurait pas besoin de calcul du tout
Cependant, dans mon énoncé il n'y a pas de ficelle, c'est tout l’intérêt du problème

La question reste donc totalement ouverte

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jay Robinson]

Bonjour gts2,

En effet je vais corriger cela dans mon énoncé
Merci beaucoup:

Soit une Boule suspendu à un système la tirant vers le haut
(Système qui pourrait être Un électro-aimant, un muscle, un vérin... peut importe, l'idée est d'avoir un système actif qui va être contracté et consommer de l'énergie pour se maintenir contracté)

Cette boule est donc soumise à deux forces:
-> L'attraction gravitationnelle de la terre (P=mg)
-> La force de traction du système (F)

Le système est activé et consomme donc de l'énergie pour maintenir une tension exactement égale à la force de l'attraction gravitationnel.
Résultat, la boule est immobile à l'équilibre (P = m.g = F), et le système consomme une énergie constante

Comme il n'y a pas de mouvement, il n'y a donc pas de Travail mécanique, cependant le système consomme bien de l'énergie pour s'opposer à la force de gravité.
Comment calculer l'énergie dépensée sur une certaine durée par ce système?

Niveau Forces, c'est facile
Mais pour passer de la Force à une énergie...

Y a t il quelqu’un qui puisse m'expliquer?
Merci infiniment d'avance!

[gts2]

Pour répondre à la question, il est nécessaire de connaitre le détail du dispositif.
Posé tel quel, il n'y a pas de réponse.

[Jay Robinson]

Bonjour gts2

Je ne sais pas quel detail donner en plus, quelle est l'energie necessaire pour contrer l'attraction gravitationelle sur une boule de masse m afin qu'elle reste immobile
à Partir de m et de G normalement on devrai avoir tout ce qu'il faut non?
Comment faire?

[gts2]

La réponse a déjà été donnée, la puissance nécessaire est nulle.

[XK150]

Pour aider JR dans sa voie ...

Quelle énergie pour maintenir en lévitation immobile les mappemondes de bureau ??? Si j'enlève la prise de courant , elles tombent .....

( PS : J'ai encore un exemple plus méchant en réserve ... ) .

[Jay Robinson]

Je ne comprends pas comment c'est possible...
C'est comme une personne en position de gainage immobile, ses muscles doivent etre contractés pour maintenir la position, et donc il y a une consomation d'énergie non nulle
Pouvez vous m'expliquer s'il vous plait comment c'est nul?
Merci

[gts2]

Pour les muscles, c'est assez compliqué, et il faudrait poser la question dans un forum de biologie.

J'ai cru comprendre qu'un muscle contracté est en fait, au niveau microscopique, une répétition de contraction libération, donc d'une part ce n'est pas statique et d'autre part, l'énergie vient d'une réaction chimique, tout cela rend difficile une étude purement mécanique.

[Jay Robinson]

Le muscle c'est juste un exemple,
On peut avoir la même situation avec des servomoteurs, un système pneumatique, un électro aimant
Dans tous les cas on peut fabriquer un système qui aura besoin d’énergie pour maintenir sa position
Donc il y a bien une énergie minimale nécessaire pour maintenir un objet en suspension, indépendamment du type d'actionneur derrière.

Pour moi je voyais ça un peu comme l'énergie potentielle d'un objet qui a été soulevé d'un mètre, on a stocké Ep=m.G.h d'énergie pendant le processus
Donc l'actionneur qui a effectué cette opération a du au moins dépenser cette quantité d'énergie Ep (plus en général)

Je suis conscient qu'il y a surement une grosse erreur dans mon raisonnement en transposant cette façon de voir à mon problème statique
J'aimerai vraiment comprendre ou pour me débloquer

[XK150]

La bio mécanique , post JPL :

" La liaison de la myosine sur l’actine qui permet la contraction musculaire est instable. Elle passe son temps à se défaire, ce qui nécessite une consommation d’énergie, sous la forme d’une consommation d’ATP pour se maintenir. Or comme les muscles ne contiennent pratiquement aucune réserve d’ATP, donc il faut oxyder continuellement du glucose, donc consommer de l’oxygène pour resynthétiser l’ATP consommé. Si la liaison entre l’ATP et l’actine était stable il n’y aurait aucune consommation d’énergie. Le problème serait alors de savoir rompre cette liaison lorsque le muscle a besoin de se relâcher.

Le paradoxe apparent ne résulte pas de la violation d’une loi élémentaire de la physique mais d’une particularité de la physiologie musculaire. "

[Sethy]

Pour passer de la Force à l'Energie, il faut multiplier par un déplacement.

Or ici, par hypothèse le déplacement est nul (mobile fixe retenu par un fil, par un aimant, etc.) donc le Travail de cette force est nul (T = F.L), il n'y a donc aucune "consommation" d'énergie.

Comme cité plus haut, le cas du muscle est particulier.

[Jay Robinson]

Donc électro-aimant n'a besoin d'aucune énergie non plus?
Pourtant, si on coupe son alimentation, la boule tombera

[FC05]

Pour passer de la Force à l'Energie, il faut multiplier par un déplacement.

Or ici, par hypothèse le déplacement est nul (mobile fixe retenu par un fil, par un aimant, etc.) donc le Travail de cette force est nul (T = F.L), il n'y a donc aucune "consommation" d'énergie.

Comme cité plus haut, le cas du muscle est particulier.

En mécanique du solide oui, mais pour un hélico, même sans frottements ce n'est pas la bonne réponse ...

[gts2]

Pour ce qui est de l'électroaimant, en régime permanent, l'énergie fournie sert à compenser l'effet Joule.

[XK150]

Il ne faut pas confondre force et énergie :

Si une masse de 100 kg est posée sur une table qui ne s'écroule pas , c'est que la table présente une force-réaction égale et de sens contraire à la force-poids de la masse .
Aucune énergie n'entre en jeu dans cette histoire . il suffit de fournir UNE FORCE ...
Peut être que dans 100 ans , la table finira par s'écrouler pour d'autres raisons .

Idem pour la mappemonde en lévitation c'est une FORCE magnétique opposée à force-poids , qui la maintient immobile .

Les chevaux peuvent dormir debout , sans se fatiguer , en bloquant leurs articulations , ce qui n'est pas de notre pouvoir .

C'est une question récurente , voir les discussions " Futura 875749 " , 839279 , par exemple .

[Jay Robinson]

Merci XK150, cette explication est claire je comprends enfin!
Je vais aller voir ces autres discussions

Merci à tous!