Théorème de l'énergie cinétique et forces intérieures

[jall2]

Bonjour

On prend comme système une voiture et tout ce qu'elle contient.

Si cette voiture accélère, le PFD dit (vecteurs)

Les seules forces extérieures étant le poids et la réaction \vec{R} de la route, c'est la réaction de la route qui provoque l'accélération. Le vecteur R penche dans la direction de l'accélération et sa composante horizontale est égale à l'accélération.

Maintenant si j'applique le théorème de l'énergie cinétique, en supposant une vitesse initiale donc Ec initial à 0

Ec = Travail(force extérieures) + Travail(forces intérieures)

Le poids ne travaille pas car sa direction est perpendiculaire au mouvement
J'ai des doutes sur le travail de la réaction de la route car il n'y a pas de mouvement entre la route et le pneu (roulement sans glissement) et cette force change sans arrêt de localisation à chaque infime rotation des roues.
Ensuite les forces intérieures, on a les gaz dans les cylindres qui poussent les pistons, donc il y a apparemment des forces intérieures qui travaillent.

Voilà

Mes questions:

La force de réaction de la route travaille-t-elle ?
Faut-il considérer des forces intérieures au niveau du moteur et comptabiliser leur travail si on applique le théorème de l'énergie cinétique ?
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[ThM55]

Le point de contact des pneus change, mais la force de réaction reste perpendiculaire, donc elle ne travaille pas. Et en effet, il ne reste que le travail des forces internes: elles appliquent un couple sur les roues motrices et les font tourner.

[gts2]

Bonjour,

La force de réaction de la route travaille-t-elle ?

Dans le cas idéal roulement sans glissement, non, c'est d'ailleurs ce que vous dites.

Faut-il considérer des forces intérieures au niveau du moteur et comptabiliser leur travail si on applique le théorème de l'énergie cinétique ?

Oui, c'est d'ailleurs comme cela que vous avez énoncé le théorème.

La question est en fait : analyse détaillée du travail des forces intérieures ?

[jall2]

ThM55: Le point de contact des pneus change, mais la force de réaction reste perpendiculaire, donc elle ne travaille pas.

Si la voiture accélère, la force de réaction de la route n'est pas horizontale et la question de son travail (ou pas, moi je penche plutôt pour non) se pose

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Si la voiture accélère, la force de réaction de la route n'est pas horizontale et la question de son travail (ou pas, moi je penche plutôt pour non) se pose

Vous avez vous même donné la bonne réponse : roulement sans glissement, la vitesse du point de contact est nulle, donc la puissance est nulle :

[jall2]

GTS2: Vous avez vous même donner la bonne réponse : roulement sans glissement, la vitesse du point de contact est nulle, donc la puissance est nulle :

Oui, mais je n'étais pas sur. Merci pour la confirmation

[Anonyme007]

Bonjour,

Sauf erreur de ma part, il me semble que le travail dû aux forces intérieures appliquées est nul, car la résultante des forces intérieurs opère sur un vecteur de déplacement entre deux points et ( qui sont confondus par rapport au référentiel mobile de la voiture ) est nul. Vrai ? Car cette résultante de forces intérieures s'applique à un mouvement ''immobile'' par rapport au référentiel ''mobile'' associée à la voiture. Vrai ?

Edit . Grillé par gts2.

[jall2]

jall2: la force de réaction de la route n'est pas horizontale

pas verticale, pardon

[Anonyme007]

Il me semble qu'il faut introduire aussi le travail d'un troisième type de force, qui est la force d'inertie liée à l’accélération du référentiel si la voiture est en accélération.
Une force d’inertie est une force fictive ou virtuelle qui est introduite par nécessité dans le calcul lorsque un référentiel n'est pas Galiléen.

[antek]

Tant que rien ne perturbe le mouvement des masses contenue dans l'habitacle on peut ignorer cette "force d'inertie".

[gts2]

Il me semble que le problème initial est dans le référentiel de la route galiléen.

[yaadno]

bjr:
je n'ai rien compris mais il y a surement une explication
c'est la réaction de la route qui provoque l'accélération. Le vecteur R penche dans la direction de l'accélération et sa composante horizontale est égale à l'accélération.

Dans le cas idéal roulement sans glissement, non, c'est d'ailleurs ce que vous dites.
pour autant ,est-ce sans frottement?
au démarrage entre autre,le couple moteur doit bien vaincre qq chose?....ou alors, avec mon petit doigt je fais avancer une masse de 1T?
cdlt

[antek]

Il me semble que le problème initial est dans le référentiel de la route galiléen.

De cela j'ai déduit que le référentiel est celui du véhicule !? ->

On prend comme système une voiture et tout ce qu'elle contient.
. . .
Les seules forces extérieures . . .

[jall2]

yaadno: Dans le cas idéal roulement sans glissement, non, c'est d'ailleurs ce que vous dites.
pour autant ,est-ce sans frottement?

Il y a des frottements bien sur, sinon on serait sur une patinoire

Mais pas de glissement

[jall2]

antek: De cela j'ai déduit que le référentiel est celui du véhicule !? ->
On prend comme système une voiture et tout ce qu'elle contient.

Le référentiel utilisé est la route bien sur, supposé galiléen
Le système est l'objet que nous étudions, à savoir la voiture. Pas de rapport avec le référentiel.

[Tifoc]

Bonjour,
Vous devriez d'abord écrire correctement le théorème de l'énergie cinétique (Google is your friend).
Puis définir correctement le contact sol/roue (la remarque de Yaadno au #12 devrait aider).
Parce que pour l'instant, y a rien qui travaille mais il y a variation d'Ec... ce qui pose quand même un léger problème !

[gts2]

Dans le cas idéal roulement sans glissement, non, c'est d'ailleurs ce que vous dites.
pour autant, est-ce sans frottement ?

Non, au contraire, c'est le frottement qui empêche le glissement.
Le non, se réfère à quoi ? à "Le vecteur R penche dans la direction de l'accélération" ?

[gts2]

Parce que pour l'instant, y a rien qui travaille mais il y a variation d'Ec... ce qui pose quand même un léger problème !

La voiture possède quand même un moteur qui travaille, non ?

[yaadno]

Le non, se réfère à quoi ? à "Le vecteur R penche dans la direction de l'accélération" ?
c'est cela oui;
quand on commence à poser ce genre de pb sans faire au préalable un croquis avec l'inventaire des forces,on part vite de travers;
il faudrait aussi distinguer 3 cas de figure:à l'arrêt;en accélération;à vitesse cte;...bref,un peu scolaire;
cdlt

[gts2]

il faudrait aussi distinguer 3 cas de figure:à l'arrêt;en accélération;à vitesse cte;...

Le message initial dit "cette voiture accélère", on est donc dans le premier cas, où est le problème ?

[gts2]

Pour faire avancer un peu le schmilblick, dans le cas idéal de non glissement, la force de frottement s'adapte comme il faut (la seule règle est une inégalité sur la norme), on ne "voit" donc pas grand chose ; pour y voir plus clair, on peut supposer un léger glissement.

Remarque : raisonnement "avec les mains" ... avec orientation telle que la vitesse de la voiture et la vitesse de rotation de la roue soient positives.

On part d'un régime stabilisé avec roulement sans glissement, vitesse du point de contact
En cas d'accélération, le moteur tend à faire tourner les roues plus vite et elles réagissent tout de suite alors que la voiture a plus d'inertie, donc la vitesse du point de contact devient négative et donc la force de frottement est positive donc bien vers l'avant.
En cas de freinage, le frein tend à faire tourner les roues moins vite ... la vitesse du point de contact devient positive et donc la force de frottement est négative donc bien vers l'arrière.

[Black Jack 2]

Bonjour,

En négligeant les pertes (perte de roulement, aérodynamique, rendement moteur …), c'est le moteur de la voiture qui transforme l'énergie du carburant en rotation des roues de la voiture, les roues de la voiture s'appuient au sol et par la force d'adhérence (trop souvent appelée frottement statique, alors qu'il n'y a aucun mouvement de glissement entre les roues et la route) propulsent la voiture.

La réaction du sol sur la voiture est oblique, elle a 2 composantes, une verticale qui compense le poids de la voiture et une horizontale qui est la force d'adhérence mentionnée ci-dessus.

La force d'adhérence est à tout instant fournie au niveau du point de contact entre le(s) pneus(s) et la route qui est modifié en permanence (puisque les roues tournent), on est donc en roulement pur et la force d'adhérence ne travaille pas.

La force de réaction du sol sur la voiture, ne travaille pas puisque sa composante verticale est perpendiculaire au mouvement et que sa composante horizontale (adhérence) ne travaille pas non plus.

C'est le travail du moteur (tiré du carburant consommé) qui fournit l'énergie cinétique à la voiture et le pneu (via la force d'adhérence) fait partie de la chaine de transformation de l'énergie du carburant en énergie cinétique du véhicule.

[jall2]

Tifoc: Vous devriez d'abord écrire correctement le théorème de l'énergie cinétique (Google is your friend).

Dans mon tout 1er message:

Jall2 : en supposant une vitesse initiale donc Ec initial à 0
Ec = Travail(force extérieures) + Travail(forces intérieures)

Que contestez-vous dans cette écriture du théorème de l'énergie cinétique ?

Tifoc: Parce que pour l'instant, y a rien qui travaille mais il y a variation d'Ec... ce qui pose quand même un léger problème !

C'est l'objet du post. Je me doutais que la réaction de la route ne travaillait pas et que ce sont des forces intérieures qui travaillent pour faire croitre l'énergie cinétique. Je voulais une confirmation. Et c'est bien cette explication qui est la bonne.

Ce que je disais dès le 1er post:

Jall2: Le poids ne travaille pas car sa direction est perpendiculaire au mouvement
J'ai des doutes sur le travail de la réaction de la route car il n'y a pas de mouvement entre la route et le pneu (roulement sans glissement) et cette force change sans arrêt de localisation à chaque infime rotation des roues.
Ensuite les forces intérieures, on a les gaz dans les cylindres qui poussent les pistons, donc il y a apparemment des forces intérieures qui travaillent.

[Tifoc]

Ec = Travail(force extérieures) + Travail(forces intérieures)

Tapez "théorème de l'énergie cinétique" dans n'importe quel moteur de recherche, et corrigez cette formule.
(Et considérez les deux remarques de yaadno, posts #12 et #19)

[jall2]

Tifoc: Tapez "théorème de l'énergie cinétique" dans n'importe quel moteur de recherche, et corrigez cette formule

Source wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...ur_un_solide_2



C'est ce que j'ai écrit, avec Ec(A) = 0

[Tifoc]

Ca c'est pour un solide déformable !
Vous étudiez le véhicule, non ? Alors ok, vous pouvez tenir compte du mouvement propre des roues par rapport au véhicule, ce qui en fait un solide déformable. Ca va être complexe...
Vous pouvez aussi étudier le solide indéformable {véhicule sans les roues}. Il vous faudra écrire les actions mécaniques exercées par celles-ci (donc étudier d'abord les roues). Ca va être complexe...
Sinon vous gardez votre modèle, vous écrivez la composition des vitesses au point I pour obtenir V(I,V/Rg)* et vous rendre compte que cette vitesse ets non nulle.
* ça se lit : vitesse du point I appartenant au véhicule par rapport au repère galiléen

[jall2]

Tifoc: Ca c'est pour un solide déformable !

Mais une voiture est un solide déformable (ne criez pas)

Il y a des pièces mobiles dans le moteur. C'est le moteur qui "travaille" et fournit l'énergie cinétique acquise par la voiture.

Rien compris à votre dernière phrase

[Tifoc]

le PFD dit (vecteurs)
Maintenant si j'applique le théorème de l'énergie cinétique... : Ec = Travail(force extérieures) + Travail(forces intérieures)

Vous voulez donc comparer ces deux approches ? Mais la première ne mentionne que les forces extérieures...

J'ai des doutes sur le travail de la réaction de la route car il n'y a pas de mouvement entre la route et le pneu (roulement sans glissement)

Mais il y en a un entre la roue et le véhicule, et entre le véhicule et la route (composition des vitesses). Et puis il y en a bien un entre la route et le pneu !

Ensuite les forces intérieures, on a les gaz dans les cylindres qui poussent les pistons, donc il y a apparemment des forces intérieures qui travaillent.

Il y en a un sacré paquet même

La force de réaction de la route travaille-t-elle ?
Faut-il considérer des forces intérieures au niveau du moteur et comptabiliser leur travail si on applique le théorème de l'énergie cinétique ?

A vous de prendre le modele qui vous convient le mieux, selon ce que vous voulez vraiment faire.

[gts2]

[QUOTE=Tifoc;7382657]Et puis il y en a bien un mouvement entre la route et le pneu ![\QUOTE]
Dans l'hypothèse du message 1 (roulement sans glissement) : non, la force de la route sur le pneu s'applique au point de contact et ce point a une vitesse nulle (sous l'hypothèse ...)

[jall2]

jall2: il y a apparemment des forces intérieures qui travaillent.
Tifoc: Il y en a un sacré paquet même

Attention, en général, du fait du principe de l'action et de la réaction, les travaux des forces intérieures s'annulent. C'est le cas dans un solide indéformable par exemple.
Pour avoir une force intérieure qui travaille, il faut un solide déformable qui comprend un ressort, un moteur ou une personne qui utilise ses muscles comme dans le cas du patineur qui tourne sur lui même et rapproche ses bras, etc