le travail des forces de frottement est il nul?
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le travail des forces de frottement est il nul?



  1. #1
    chris28000

    le travail des forces de frottement est il nul?


    ------

    Bonjour a tous.
    On considère un solide abandonné a une vitesse initiale. Il glisse sur le sol et ralentit bien sur.

    Le référentiel est le sol;Chaque point i du sol qui exerce une force Fi sur le solide a une position fixe ri dans le référentiel.

    Donc on a Fi.dri=0

    donc on peut dire que l'énergie du solide est constante mais que son énergie cinétique est convertie en énergie interne.
    Mon raisonnement est il correct?

    -----

  2. #2
    ThM55

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Bonjour. Non, le point d'application se déplace, on ne peut pas écrire F.dr = 0.

    L'énergie totale du corps diminue. On ne peut pas dire a priori que toute l'énergie cinétique se transforme en énergie interne car par définition le corps n'est pas isolé de son environnement. Déjà le frottement doit causer un échauffement du sol... Simplement le détail des échanges thermiques n'est pas spécifié dans ce genre de question.

  3. #3
    sh42

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Bonsoir,

    Il glisse sur le sol et ralentit bien sur.
    Elémentaire mon cher Watson, il y a le frottement sur le sol et le frottement de l'air.

  4. #4
    albanxiii
    Modérateur

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Bonjour,

    Citation Envoyé par chris28000 Voir le message
    son énergie cinétique est convertie en énergie interne.
    Pas entièrement. Le problème est le même quand on considère un objet qui rentre dans l'atmosphère.
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Bounoume

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    bonjour chris28000,
    problème mal posé, mal exprimé: tu ne pourras pas obtenir de réponses adaptées à la question mal exprimée....
    d'abord reformule la problème:
    On considère un solide abandonné a une vitesse initiale. Il glisse sur le sol et ralentit bien sur
    On considère un solide doté d'une vitesse initiale..... après il n'est pas abandonné tout seul sans intervention d'éléments extérieurs... au contraire....
    il se ne déplace pas sur un sol bosselé! Ni penché ! tu veux qu'il se déplace sur une surface HORIZONTALE..... ***ou alors si c'est sur une ligne droite inclinée faudra faire intervenir le travail de la pesanteur, des fonctions trigonométriques etc...alors oublie....


    donc tu as décidé que le déplacement est horizontal: donc la force réactive du support (du sol horizontal si tu veux) s'oppose exactement à la force verticale de la pesanteur:
    la résultante étant zéro, ça n'intervient pas, et on ignore dans la suite du raisonnement.......

    cela posé, maintenant c'est TOI qui peux décider si le corps se déplace sur ce plan (ou cette ligne, ici ça n'a pas d'importance) AVEC ou SANS force de frottement.

    si tu décides que le déplacement est à frottement nul.... alors aucune force résultante ne s'exerce sur le corps, et tu dois avoir appris que le mouvement d'un corps sur lequel la résultante des forces est NULL (vulgairement on peut dire qu'aucune force ne s'exerce), c'est un mouvement uniforme....
    le vecteur vitesse est constant (et bien sûr ça veut dire aussi qu'il est toujours égal à sa valeur de départ....)


    Come il n'y a aucune force en cause, ça veut dire aussi qu'il n'y a aucun travail... vu que le travail d'une force nulle, quel que soit le déplacement, ça fait ZERO !


    deuxième choix; il y a une force de 'frottement" qui s'oppose au déplacement.....
    c'est ce à quoi on essaie de te répondre....
    définir d'abord cette force:
    direction: la même (sur la même ligne) que le mouvement, MAIS opposée au sens du mouvement
    sa valeur: le + facile est de la prendre constante quelles que soient les caractéristiques du mouvement.....

    tu parles du 'travail' de la dite force....
    sur le plan intuitif, le mot 'travail' est ambigu, voir piégeux.... puisque le ressenti pour l'observateur est que ça gêne le travail du gugusse qui pousse le corps.... que ça gâche le résultat de l'effort initial de celui qui a lancé le wagon sur le rail....
    pourtant en expression physique, le 'travail' exercé par la force Fr est
    W= Fr * dX
    où W = travail, en joules; Fr= force, en newtons; Dx= distance parcourue
    simplement le physicien indiquera que c'est un travail résistif.... et dans un bilan particulier, il pourra le considérer comme un nombre négatif....

    dès que le point d'application d'une force est déplacé, il y a travail de la force.....
    ce travail peut produire du mouvement, s'opposer au mouvement, produire de la chaleur, accumuler de l'énergie, consommer de l'énergie.... etc....

    dans le cas particulier du frottement, le travail de la force de frottement est intégralement transformé en chaleur....

    après, on pourra te faire calculer ce que devient le mouvement de ton corps, ce que devient son énergie cinétique aussi, quand il est freiné par une force de frottement, mais c'est une autre histoire...
    Dernière modification par Bounoume ; 19/11/2023 à 00h24.
    rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant.... (Pierre Dac...)

  7. #6
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par ThM55 Voir le message
    Bonjour. Non, le point d'application se déplace, on ne peut pas écrire F.dr = 0.

    L'énergie totale du corps diminue. On ne peut pas dire a priori que toute l'énergie cinétique se t
    ransforme en énergie interne car par définition le corps n'est pas isolé de son environnement. Déjà le frottement doit causer un échauffement du sol... Simplement le détail des échanges thermiques n'est pas spécifié dans ce genre de question.
    bonjour,
    et si on suppose que le sol a une capacité thermique tres grande? et qu'il a une résistance thermique élevée?

  8. #7
    Bounoume

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    ce n'est pas le problème....
    ThM55 vient de te l'écrire!
    l'énergie cinétique de ton corps est diminuée, et la diminution est transformée en chaleur;

    au moins, connais-tu tu connais la façon de calculer la diminution de l'énergie cinétique pour un ralentissement déterminé du corps, et alors la quantité de chaleur produite? puis, SI toute la chaleur est absorbée par un corps donné, quelle est l'augmentation de sa température?
    ça, c'est utile.....


    après, dans ton modèle réel, comme le système n'est pas isolé, tu ne peux pas déterminer la température finale du corps, donc tu ne peux pas connaitre la somme des énergies cinétiques et calorique du corps.....

    énergies qui ne constituent qu'une partie de l'énergie totale que tu peux attribuer à ton objet.... tu peux encore compliquer la question.....
    rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant.... (Pierre Dac...)

  9. #8
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par Bounoume Voir le message
    ce n'est pas le problème....
    ThM55 vient de te l'écrire!
    l'énergie cinétique de ton corps est diminuée, et la diminution est transformée en chaleur;
    Bin si c'est le probleme justement puisque thM55 m'a écrit :"Simplement le détail des échanges thermiques n'est pas spécifié dans ce genre de question.";
    et bien je reponds "le sol a une capacité thermique tres grande? et qu'il a une résistance thermique élevée? " donc il n'y a pas d'échange thermique (cas idéal théorique et non réel évidemment)

    Et puis vous confondez énergie interne et chaleur, car si l'énergie cinétique diminue elle devrait se transformer en énergie interne, c'est ce que thm5 5a dit d'ailleurs.
    Dernière modification par chris28000 ; 19/11/2023 à 16h43.

  10. #9
    ThM55

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Ce n'est pas ce que j'ai dit, ou en tout cas voulu dire. Dans cette situation, l'énergie cinétique se transforme intégralement en chaleur, ce sont de petites vibrations aléatoires qui sont thermalisées. Où va cette chaleur? Ce que j'ai voulu dire c'est que cela dépend largement des différentes situations et ce n'est pas forcément dans le corps en mouvement. Il y a aussi du rayonnement, un corps plus chaud rayonne.

    Mais effectivement si vous isolez soigneusement le corps, sa température va augmenter donc son énergie interne. Vous pouvez le spécifier dans l'énoncé, ce n'est pas interdit. C'est pour l'essentiel ce que Joule avait fait dans sa célèbre expérience avec une configuration forcément différente, voir ici: https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9rience_de_Joule .

    Dans le cas de la rentrée atmosphérique des vaisseaux spatiaux, on s'arrange au contraire pour cela ne soit PAS de l'énergie interne du vaisseau! (c'est plutôt évident, on ne veut pas rôtir les astronautes). L'énergie est transmise autant que possible à l'atmosphère, au rayonnement, et à la vaporisation d'une couche protectrice par ablation progressive.

  11. #10
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Donc si le corps est soigneusement isolé, l'energie cinétique est convertie en énergie interne intégralement, et alors le travail des forces de frottement est nul, est ce bien çà?

  12. #11
    ThM55

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Dans le cas considéré la force travaille, elle modifie l'énergie cinétique du corps. Si on veut considérer la conservation de l'énergie totale, ce travail convertit cette énergie cinétique en énergie thermique. Je ne comprends pas pourquoi vous voulez que le travail soit nul.
    Dernière modification par ThM55 ; 19/11/2023 à 21h47.

  13. #12
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par ThM55 Voir le message
    Dans le cas considéré la force travaille, elle modifie l'énergie cinétique du corps. Si on veut considérer la conservation de l'énergie totale, ce travail convertit cette énergie cinétique en énergie thermique. Je ne comprends pas pourquoi vous voulez que le travail soit nul.
    et bien je pensais que la variation d'énergie totale du solide ( egale à la variation la variation d'énergie cinetique du solide plus la variation de l'énergie interne) était egale a la somme des travaux des forces exterieures

  14. #13
    Archi3

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Non c'est la variation d'énergie CINETIQUE qui est égale à la somme des travaux, pas la variation d'énergie totale. Et elle est égale à la somme de tous les travaux, extérieurs plus intérieurs (une fusée n'a pas de forces extérieures).

    Pour la variation d'énergie totale, il faut aussi rajouter les échanges de chaleur, qu'on ne considère pas en mécanique.

  15. #14
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par Archi3 Voir le message
    Non c'est la variation d'énergie CINETIQUE qui est égale à la somme des travaux, pas la variation d'énergie totale. Et elle est égale à la somme de tous les travaux, extérieurs plus intérieurs (une fusée n'a pas de forces extérieures).

    Pour la variation d'énergie totale, il faut aussi rajouter les échanges de chaleur, qu'on ne considère pas en mécanique.
    Le premier principe dit dEc+dU=W+Q W+Q est bien la somme des travaux exterieurs puisque Q est un travail de forces microscopique.
    Dans le cas d'un solide en translation, dEc est egal au travail de la somme des forces extérieures w, et non pas à la somme des travaux des forces extérieures.
    Donc, dans le cas ou je n'ai que des frottements et où Q serait egal à 0, il me reste:dEc+dU=Wfrott.
    comme je constate que chaque point i du sol est immobile, j'ai Fi.dri=0
    donc il me reste dEc+dU=0
    dEc=travail de la somme des forces extérieures . dU=-dEc
    dEc =(somme des Fi).drG dU=-(somme des Fi).drG
    dEc+dU=somme Fi.dri=0

  16. #15
    ThM55

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par chris28000 Voir le message
    Le premier principe dit dEc+dU=W+Q W+Q est bien la somme des travaux exterieurs puisque Q est un travail de forces microscopique.
    D'accord, et si on veut être complet, on peut ajouter à gauche la variation d'énergie potentielle dans un champ extérieur, qui correspond au travail de forces conservatives.
    Dans le cas d'un solide en translation, dEc est egal au travail de la somme des forces extérieures w, et non pas à la somme des travaux des forces extérieures.
    Je ne comprends pas cette phrase: c'est linéaire, donc le travail de la somme des forces, c'est la somme des travaux, non?
    Donc, dans le cas ou je n'ai que des frottements et où Q serait egal à 0, il me reste:dEc+dU=Wfrott.
    comme je constate que chaque point i du sol est immobile, j'ai Fi.dri=0
    Non, c'est justement ce que je conteste: tant que le corps est en mouvement (vitesse non nulle), il y a une force de frottement visqueux dont le point d'application est sur la surface de contact du corps avec le sol; cette surface se déplace avec le corps, donc le point d'application se déplace avec le corps et le travail de cette force n'est pas nul (je suis dans le référentiel où le sol est immobile).
    donc il me reste dEc+dU=0
    Ce n'est pas correct. Encore une fois, l'énergie interne ne varie pas dans le cadre purement mécanique. Je suis d'accord toutefois que en vertu du dégagement de chaleur suite au frottement, une partie ou la totalité peut être transférée au corps mais j'ai beaucoup de mal à imaginer comment un corps soumis au frottement de cette manière puisse être totalement isolé thermiquement. Le frottement est bien un phénomène qui fait intervenir de manière cruciale deux corps, le mobile et le sol.

    On pourrait imaginer une variante: le corps glisserait sans frottement mesurable sur une surface parfaitement lisse. Il est alors relié par un cable isolant thermique parfait à un amortisseur, un piston fixé au sol, rempli d'huile qui dissipe l'énergie cinétique par frottement visqueux. Le mobile voit son énergie cinétique diminuer et à la fin il s'immobilise. C'est la même situation, simplement le corps n'a aucun échange thermique avec l'extérieur et son énergie interne reste inchangée. La force non conservative est la tension dans le cable entre le corps et le piston, qui exerce un travail résistant.

  17. #16
    chris28000

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par ThM55 Voir le message

    Je ne comprends pas cette phrase: c'est linéaire, donc le travail de la somme des forces, c'est la somme des travaux, non?
    Imaginer un ballon dans l'atmosphere, flottant immobile. la pression exterieure varie, son volume varie.
    et bien la somme des forces de pression exterieures est nulle;
    donc travail de sommes des forces exterieures =0 =(somme des forces) x drG
    mais le volume a varié: la somme des travaux des forces exterieurs n'est pas nul. = somme( Fi.dri)
    Dernière modification par chris28000 ; 20/11/2023 à 12h08.

  18. #17
    gts2

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par chris28000 Voir le message
    Je réponds "le sol a une capacité thermique très grande? et qu'il a une résistance thermique élevée? " donc il n'y a pas d'échange thermique (cas idéal théorique et non réel évidemment).
    La capacité thermique très grande ne résout pas le problème, cela revient simplement à dire que la variation de température du sol est faible (cf. la définition d'un thermostat)
    La résistance thermique très grande ne résout pas non plus le problème, cela revient simplement à dire que l'échauffement a lieu en surface.

  19. #18
    Bounoume

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par chris28000 Voir le message
    et bien la somme des forces de pression extérieures est nulle;
    ça, c'est faux.... pas nulle.....parce que l'air a une densité (une mase volumique non nulle... quoique bien plus faible qu'un liquide comme l'eau....
    cette somme est.... la poussée d'Archimède....
    rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant.... (Pierre Dac...)

  20. #19
    Archi3

    Re : le travail des forces de frottement est il nul?

    Citation Envoyé par chris28000 Voir le message
    Le premier principe dit dEc+dU=W+Q W+Q est bien la somme des travaux exterieurs puisque Q est un travail de forces microscopique.
    Dans le cas d'un solide en translation, dEc est egal au travail de la somme des forces extérieures w, et non pas à la somme des travaux des forces extérieures.
    Donc, dans le cas ou je n'ai que des frottements et où Q serait egal à 0, il me reste:dEc+dU=Wfrott.
    comme je constate que chaque point i du sol est immobile, j'ai Fi.dri=0
    donc il me reste dEc+dU=0
    dEc=travail de la somme des forces extérieures . dU=-dEc
    dEc =(somme des Fi).drG dU=-(somme des Fi).drG
    dEc+dU=somme Fi.dri=0
    c'est parce que dans cette formule Ec ne prend que l'énergie cinétique associée au centre de masse 1/2 MvG^2, mais pas l'énergie cinétique interne (celle évaluée dans le réf du centre de masse) qui est inclue dans l'énergie interne U. Effectivement la partie "globale" de l'énergie cinétique (associée au mouvement de G) ne dépend que des forces extérieures.

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