Puissance et énergie récupérables

[Apprentii]

Bonjour, bonsoir,

Depuis quelques temps une question me trotte dans la tête et je n'arrive pas à trouver de réponse, même si cela me semble trivial.

Imaginons un corps maintenu en mouvement, rectiligne uniforme par exemple, grâce à une force F mais également soumis à une force de frottement (aérodynamique, visqueux, peu importe ici) si bien qu'il atteint une vitesse stable: sa vitesse limite.
Une fois arrivé à cet état, quelle est la puissance récupérable de ce système si on suppose qu'il est relié à un générateur ? Si on utilise la relation P = F.v, alors que vaudrait F, la somme des deux forces présentées précédemment ou uniquement la force "motrice" ?
J'aurais intuitivement tendance à répondre "les 2 forces", mais justement c'est intuitif et je ne serais pas contre une petite explication.

Merci d'avance
-----

[XK150]

Salut ,

Donc , exemple d'une auto à vitesse constante sur route horizontale :

"à vitesse constante" : la première loi de Newton dit que si un objet se déplace d'un mouvement rectiligne uniforme (c'est donc le cas de cette auto qui se déplace sur une route horizontale ), alors la somme vectorielle de toutes les forces qui agissent sur cet objet est NULLE ( force motrice = force résistante MAIS de sens opposé ) .

Elle possède l'énergie cinétique 1/2 m v^2 . Pour la puissance , vous faîtes ce que vous voulez de cette énergie : rentrez dans un mur , par exemple !

[gts2]

Bonjour,

Si vous récupérez de la puissance c'est par l'intermédiaire d'une force F' autre que F et -F, et la puissance vaut F'.v
Le problème, bien sûr, est que si vous appliquez une force supplémentaire, vous allez modifier le comportement de l'auto.

[f6bes]

B
Une fois arrivé à cet état, quelle est la puissance récupérable de ce système si on suppose qu'il est relié à un générateur ? Si on utilise la relation P = F.v, alors que vaudrait F, la somme des deux forces présentées précédemment ou uniquement la force "motrice" ?
J'aurais intuitivement tendance à répondre "les 2 forces", mais justement c'est intuitif et je ne serais pas contre une petite explication.

Merci d'avance

Bjr à toi,
Pour faire simple, une fois la vitesse stabilisée tu ne fournis (le véhicule) que la puissance nécessaire à vaincre toutes les sources de frottement.
Et c'est tout.
La seule chose "récupérable" c'est la "force" de l'inertie (poids, vitesse) du dit véhicule.
10 tonnes lançés à 100 kmH , c'est pas la meme énergie que 1 tonne à la meme vitesse.
Bien sur tu oublie de fournir une forçe "motriçe" ( accélérateur) dans ce genre de cas.
Tu récupéres QUE l'inertie du véhicule.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Bonjour,
Un cas ultra classique de vitesse constante avec échange d'énergie est l’ascendeur d'une tonne à moteur électrique qui monte ou qui descend dans un champ de pesanteur.
On néglige toutes les pertes pour ne considérer que ce qui est utile.

Lors de la descente à vitesse constante, la cabine est soumise à son poids (1 tonne x 10 m/s^2= 10 kN) et à la tension du câble qui équilibre cette force (10kN aussi).
La somme des forces est égale à 0 et la vitesse v est donc constante par exemple 1m/s.
Le poids fournit donc une puissance P.v=10kW, puissance récupérée par le moteur électrique (Tension du cable x vitesse) (moteur qui fonctionne alors en générateur électrique).
On convertit de l'énergie potentielle de gravitation en énergie électrique (à énergie cinétique constante).

Dans le cas de la montée à vitesse constante, c'est pareil, sauf que c'est le moteur qui fournit l'énergie pour équilibrer le poids.
On convertie de l'énergie électrique en énergie potentielle.

[le_STI]

Salut

Si vous récupérez de la puissance c'est par l'intermédiaire d'une force F' autre que F et -F, et la puissance vaut F'.v
Le problème, bien sûr, est que si vous appliquez une force supplémentaire, vous allez modifier le comportement de l'auto.

C'est juste, et si on veut rester dans un cas où la vitesse v ne change pas, il faudra ajouter l'équivalent de F' à la force de poussée initiale.

On aura donc : F'' (la force motrice) = F (la force de frottement à vitesse v, qui n'a pas changé) + F' (la force permettant de récupérer de l'énergie à vitesse stabilisée)

[XK150]

On s'achemine bientôt vers le mouvement perpétuel ....

J'ai du mal à voir de façon très pratique , comment on va ajouter une force au mobile - qui ne le fasse pas accélérer - et qui soit réservée à produire de l'énergie .

Bon , le passager ( de préférence au conducteur ) de mon automobile du post 2 pédale sur une génératrice , ce qui permet d'alimenter les phares , mais du coup , la batterie étant moins sollicitée ,
de la puissance moteur devient disponible et le véhicule accélère jusqu'à un nouveau point d'équilibre ...

[stefjm]

On s'achemine bientôt vers le mouvement perpétuel ....

Mon exemple d’ascenseur est déjà un mouvement perpétuel puisque j'ai négligé toutes les pertes.
On récupère à la descente l'énergie qu'on a mise à la montée.

[le_STI]

J'ai du mal à voir de façon très pratique , comment on va ajouter une force au mobile - qui ne le fasse pas accélérer -

De la même façon qu'en vélo tu pédalerais plus fort pour conserver une vitesse constante après avoir mis ta dynamo en contact avec le flanc de ton pneu (les plus vieux comprendront )

[f6bes]

En bref la question de départ est un peu confuse, car à part de récupérer (par l'alternateur) l'énergie "potentielle" qui va aller
en diminuant., je vois pas trop le but ?
Bonne journée

[XK150]

De la même façon qu'en vélo tu pédalerais plus fort pour conserver une vitesse constante après avoir mis ta dynamo en contact avec le flanc de ton pneu (les plus vieux comprendront )

Oui , très bien , j'aime bien cette explication pratique !

[stefjm]

De la même façon qu'en vélo tu pédalerais plus fort pour conserver une vitesse constante après avoir mis ta dynamo en contact avec le flanc de ton pneu (les plus vieux comprendront )

Oui.
Pareil avec l’ascenseur qui tire plus fort si la cage est plus lourde pour avoir la même vitesse.

[le_STI]

En bref la question de départ est un peu confuse, car à part de récupérer (par l'alternateur) l'énergie "potentielle" qui va aller
en diminuant., je vois pas trop le but ?
Bonne journée

Je suis d'accord

[stefjm]

En bref la question de départ est un peu confuse, car à part de récupérer (par l'alternateur) l'énergie "potentielle" qui va aller
en diminuant., je vois pas trop le but ?
Bonne journée

Ça marche tant qu'on joue avec une descente et qu'on récupère l'énergie potentielle.
Sur le plat, on ne peut récupérer que l'énergie cinétique, et une fois le véhicule à l’arrêt, il n'y a plus rien à récupérer.
Cela permet de freiner électriquement.

[Apprentii]

Bonjour à tous,

Un très grand merci pour tous ces retours, c'est très clair !!
Je rassure certains (tout le monde ?) il n'y a rien à voir, de près ou de loin, avec un mouvement perpétuel. Je me pose simplement des questions de compréhension, et c'est surement un peu flou dans ma tête: ce qui doit faire craindre le pire.

Si maintenant c'est très clair d'un point de vue énergie (ça a déjà clarifié certains points), j'ai toujours un "problème" avec la puissance. Si on imagine que cette voiture a un mouvement circulaire et est reliée à un générateur : connaissant les forces agissant et la vitesse de la voiture (ou tout autre composant ) quelle serait la puissance générée par ce générateur ?

Je pense, honnêtement, que je confonds pas mal de choses et je n'ai pas envie de dévier dans les mauvais travers de la mécanique (mouvement perpétuel... ) donc je préfère poser des questions même si elles me semblent un peu bêtes.

Merci beaucoup pour votre temps et vos réponses, en tous cas !

[stefjm]

Si on imagine que cette voiture a un mouvement circulaire et est reliée à un générateur : connaissant les forces agissant et la vitesse de la voiture (ou tout autre composant ) quelle serait la puissance générée par ce générateur ?

Je ne comprends pas de quoi il est question.

[Ernum]

Salut,

De la même façon qu'en vélo tu pédalerais plus fort pour conserver une vitesse constante après avoir mis ta dynamo en contact avec le flanc de ton pneu (les plus vieux comprendront )

de la physique appliquée pour bambins, simple et efficace.

[trebor]

Bonjour à tous,

Un très grand merci pour tous ces retours, c'est très clair !!
Je rassure certains (tout le monde ?) il n'y a rien à voir, de près ou de loin, avec un mouvement perpétuel. Je me pose simplement des questions de compréhension, et c'est surement un peu flou dans ma tête: ce qui doit faire craindre le pire.

Si maintenant c'est très clair d'un point de vue énergie (ça a déjà clarifié certains points), j'ai toujours un "problème" avec la puissance. Si on imagine que cette voiture a un mouvement circulaire et est reliée à un générateur : connaissant les forces agissant et la vitesse de la voiture (ou tout autre composant ) quelle serait la puissance générée par ce générateur ?

Je pense, honnêtement, que je confonds pas mal de choses et je n'ai pas envie de dévier dans les mauvais travers de la mécanique (mouvement perpétuel... ) donc je préfère poser des questions même si elles me semblent un peu bêtes.

Merci beaucoup pour votre temps et vos réponses, en tous cas !

Bonjour,
Plus le générateur sera capable de fournir de l'énergie et plus la voiture doit augmenter sa puissance (appuyer sur l'accélérateur) afin de maintenir sa vitesse de rotation.
Et inversement

[Apprentii]

Je ne comprends pas de quoi il est question.

Désolé, je pense que je me suis un peu éloigné du sujet principal (quoi qu'il y a toujours un lien avec puissance et énergie).

La question dérive un peu plus dans le sens de la réponse de Trebor (que je remercie, au passage) : si j'ai saisi que la seule chose quantifiable pour un objet en mouvement est son énergie cinétique (je grossis un peu le trait, mais soyez rassuré j'ai bien compris vos explications), alors comment est calculée/estimée la puissance générée par un objet en mouvement relié à un alternateur ?
Le lien, sans doute bancal, avec la première question est qu'en imaginant un corps dont ont connait l'énergie cinétique je me suis imaginé qu'il pourrait entrainer un alternateur, une turbine, ... et donc fournir de l'énergie (d'où la puissance). Et là où ça bloque pour moi, c'est que je pensais naïvement que l'énergie transmise à l'alternateur était celle du corps en mouvement, donc la puissance également. De toute évidence c'est faux (incomplet sûrement), ça je le comprends bien avec vos explications, mais est-ce quand même possible d'estimer cette génération, ou pas du tout ?

J'espère avoir été clair et ne pas m'être trop éloigné du sujet de base. Si ce n'est pas le cas j'essayerai de mieux expliquer, et s'il le faut je créerai un nouveau sujet.

Merci pour l'aide apportée, qui m'aide à y voir plus clair.

[XK150]

Je vois ce qui vous gêne et c'est difftctle à expliquer de mon coté ...

L'énergie cinétique ( obtenue grace à la masse du mobile en mouvement ) n'est utilisable qu'une seule fois ...
Vous ne pouvez pas , avec 5 L d'essence dans votre auto , vaincre les résistances à l'avancement , parcourir 100 km à vitesse constante de 100 km/h et dire - en même temps ,
j'utilise l'énergie cinétique pour faire de l'électricité .

L'énergie cinétique est limitée , quantifiée : elle vaut 1/2 m v^2 ce qui vous donne une quantité FINIE de joules utilisable UNE SEULE FOIS . Elle n'est pas renouvelable .

Comment la récupérer : au bout de vos 500 kms , à 100 km/h , vous coupez le moteur et mettez au point mort : votre auto roule GRACE à l'énergie cinétique durant une centaine de m puis ... s'arrête :
vous avez consommé l'énergie cinétique ....
Ou alors , moteur coupé , au point mort , vous enclenchez votre génératrice : vous produisez quelques W pendant la distance du ralentissement qui va beaucoup diminuer ( admettons 10 m ) ,
puisque que vous utilisez maintenant une partie de Ec pour faire une part d'énergie électrique jusqu'à l'arrêt de votre mobile ... Et c'est fini .

A noter que cette Ec ne tombe pas du ciel gratuitement : vous l'avez donnée au départ quand vous avez accéléré votre mobile de masse m de 0 à 100 km/h ...

[f6bes]

Si maintenant c'est très clair d'un point de vue énergie (ça a déjà clarifié certains points), j'ai toujours un "problème" avec la puissance. Si on imagine que cette voiture a un mouvement circulaire et est reliée à un générateur : connaissant les forces agissant et la vitesse de la voiture (ou tout autre composant ) quelle serait la puissance générée par ce générateur ?

s !

Remoi, Reste à savoir ce que TOI tu "comprends" ce qu'est la "puissance ".
On s'en fout que la voiture tourne en rond , ou roule en ligne droite.
D'aprés ta demandee j'en conclue que la voiture (tournant en rond) entraine un générateur placé au pivot de rotation.
Si ta voiture fait 10 tours par minute, ton générateur ( son axe) ferait aussi 10 tours /minute.
Et on ne peut dire quelle ser a la puissance générérée par le générateur. !!
Ca dépend du générateur.... tout bétement. Donc IMPOSSIBLE d'indiquer une valeur de puissance.
Ca peut etre 10watts comm 10 kw.
suivant le générateur ...utilisé A+

[antek]

. . . alors comment est calculée/estimée la puissance générée par un objet en mouvement relié à un alternateur ?

L'objet mettant en rotation l'alternateur lui fournit une puissance.
Cette puissance est égale à la puissance électrique que fournit l'alternateur, multipliée par le rendement de l'alternateur.
On est toujours (à ma connaissance) dans des cas de transformation d'énergie sous différentes formes.

[stefjm]

Une puissance est le produit
Tension x courant
Force x vitesse
Couple x vitesse de rotation
Pression x débit

Dans le cas d'un véhicule, si on travaille à vitesse constante, il y a équilibre des forces. Il y a alors juste un transfert de travail d'une technologie, vers une autre.

[Apprentii]

Je vois ce qui vous gêne et c'est difftctle à expliquer de mon coté

Au contraire, c'est très clair et ça renforce ma compréhension et complète bien ce qui a été expliqué avant, merci.

Si ta voiture fait 10 tours par minute, ton générateur ( son axe) ferait aussi 10 tours /minute.
Et on ne peut dire quelle ser a la puissance générérée par le générateur. !!
Ca dépend du générateur.... tout bétement. Donc IMPOSSIBLE d'indiquer une valeur de puissance.
Ca peut etre 10watts comm 10 kw.

C'est sûrement là que ça bloque dans ma compréhension, ma connaissance des générateurs. Par conséquent je ne suis pas certain d'avoir compris cette phrase, en quoi le générateur est "le seul" responsable de la puissance produite ?

Du coup, je vais essayer de reprendre l'exemple de l’ascenseur et le généraliser un peu pour voir si j'ai bien compris (ce qui n'est pas certain, mais je suis là pour apprendre ). On a une masse de 100kg en chute libre reliée à un câble faisant tourner à alternateur. La masse est donc soumise à son propre poids P = m.g = 1 000N; à une force de frottement, aérodynamique par exemple, F = 1/2.p.S.Cx.V²; et à la tension du câble T. En régime établi, toutes les forces s'équilibrent et on a une vitesse constante. La puissance transmise est alors P = T.V. Est-ce bien ça ?

[Antoane]

Bonsoir,

> C'est sûrement là que ça bloque dans ma compréhension, ma connaissance des générateurs. Par conséquent je ne suis pas certain d'avoir compris cette phrase, en quoi le générateur est "le seul" responsable de la puissance produite ?
La puissance en sortie du générateur ne dépend pas, du moins en première approxiation, de ce dernier. Oublie cette phrase qui porte a confusion.

> La puissance transmise est alors P = T.V. Est-ce bien ça ?
Tranmise est le bon terme : la puissance (ou l'énergie) est transférée. Ici, la cage d'assenceur perd de l'énergie potentielle, qui est donnée pour partie au circuit électrique connecté à alternateur (cette puissance vaut effectivement T*v = (P-F)*v), et pour partie dissipée sous forme de chaleur du fait des frotementsaérodynamiques.
Comme tu le vois, cette puissance ne dépend pas, du moins `a ce niveau de lecture, des charactéristiques de l'alternateur. Elle dépend en revanche des charactéristique de la charge électrique connectée en sortie de l'alternateur, qui va créer un lien entre vitesse v et force T.

[XK150]

Du coup, je vais essayer de reprendre l'exemple de l’ascenseur et le généraliser un peu pour voir si j'ai bien compris (ce qui n'est pas certain, mais je suis là pour apprendre ). On a une masse de 100kg en chute libre reliée à un câble faisant tourner à alternateur. La masse est donc soumise à son propre poids P = m.g = 1 000N; à une force de frottement, aérodynamique par exemple, F = 1/2.p.S.Cx.V²; et à la tension du câble T. En régime établi, toutes les forces s'équilibrent et on a une vitesse constante. La puissance transmise est alors P = T.V. Est-ce bien ça ?

Non , votre description des forces résistantes est incomplète puisque vous entraînez l'alternateur . Continuons :

- La masse chute , elle a atteint sa vitesse limite en entraînant l'alternateur à vide , sur OFF , qui ne produit rien et qui freine très peu peu - .

- Vous passez l'alternateur sur ON qui débite dans une charge : la masse ralentit , décélère , puis s'arrêtera quand vous aurez consommé son Ec : 1/2 m v^2 en produisant de l'énergie électrique .

Depuis le début du post , vous voulez ajouter " quelque chose " à une masse en mouvement uniforne pour produire " queque chose " de plus ,
c'est en cela que je parlais ( gentiment ) de mouvement perpétuel .

Si vous prenez " quelque chose " à une masse en mouvement uniforme , VOUS LA RALENTISSEZ .

[Antoane]

Bonjour,

Le problème de l'énoncé est dans le fait qu'on suppose la masse en chute libre (ie. sans retenue : T=0, voire sans frotement), mais qu'en même temps le cable la retient (via l'alternateur).
- XK150 a retenu le principe de chute libre : l'alternateur ne peut donc prélever aucune puissance
- j'ai considéré que l'alternateur convertissait de l'énergie mécanique en énergie électrique.
la vitesse en régime établi sera plus faible dans le 2nd cas que dans le premier.

[stefjm]

Si vous prenez " quelque chose " à une masse en mouvement uniforme , VOUS LA RALENTISSEZ .

Par rapport à la chute libre, oui.
Et cela n'arrête pas forcément l'ascenseur.
Si on néglige les frottements, on peut récupérer l'énergie potentielle, à vitesse constante, et la convertir en énergie électrique. Le poids travaille ainsi que le câble (et le moteur) qui retient la cabine.

[Apprentii]

C'est parfaitement clair, et je vois où cela bloquait dans ma compréhension, donc un très grand merci !

Je me permets une dernière question : la force T (pour reprendre l'exemple du message #24) est donc un paramètre à déterminer par l'utilisateur (choix optimal à faire) et conditionne le choix de l'alternateur ?

[XK150]

Oui , c'est l'alternateur avec sa puissance électrique fournie , qui conditionne .

Comme tout le monde , les alternateurs ne travaillent pas gratuitement : vous devez leur fournir une puissance mécanique théoriquement égale , mais en pratique supérieure ( à cause de leur rendement )
à la puissance électrique fournie .

Cette puissance mécanique nécessaire apparaît sous la forme d'un couple mécanique résistant au niveau de la poulie d'entrée .

Et un couple mécanique , c'est une force appliquée au bout du rayon de la poulie : cette force résistante se retrouve dans la tension T du câble .