Au secourssssss encore une fois :_((((
Cette fois-ci, j'éprouve plein de difficultés dans le chapitre du travail fait par les forces non conservatrices et la conservation de l'énergie mécanique:
1) Pour commencer, que veut-on dire par travail extérieur et pourquoi est-ce qu'on dit que les forces sont non conservatrices?
Est-ce qu'il y a un lien à faire avec la partie du trajectoire emprunté comme je l'avais posé comme question à la dernière publication? Si oui, comment et pourquoi est-ce que les forces conservatrices diffèrent selon le trajet emprunté?
2) Ensuite, j’ai mis un extrait à partir du chapitre du travail effectué par les forces conservatrices.
Ce que je ne saisis pas c’est que que veut-on dire par l’énergie potentielle élastique est dissipée sous forme de chaleur? Pourquoi et comment?
3) Aussi, dans le schéma en bas, est-ce que vous pouvez svp m’expliquer comment est-ce que l’énergie mécanique varie (surtour comment est-ce que l'énergie potentielle élastique), car je ne comprends pas l’explication brève que le cahier fournit sur comment l’énergie potentielle élastique du sauteur va varier, j’en suis absolument perdue.
SVP j’aurais vraiment besoin pour que quelqu’un puisse décoder ces doutes avec plus de détails, car je n’arrive pas à me retrouver.
Merci :_(
Explication d'Alloprof
Cette explication a été donnée par un membre de l'équipe d'Alloprof.
Merci pour ta question!
Le travail extérieur est défini comme étant le travail qui est fourni par des forces qui ne sont pas l'objet de l'étude ou du problème. Par exemple, si un numéro te demande de calculer le travail fait par la gravité sur un objet en chute, le travail extérieur pourrait être fourni par la friction avec l'air, entre autres.
Les forces non-conservatrices sont dites non-conservatrices car leur énergie se dissipe sous forme de chaleur (elle n'est pas conservée) et le travail qu'elles fournissent sur un aller-retour n'est pas de zéro. Oui, il y a un lien à faire avec le trajet; le travail des forces non-conservatrices varie selon le trajet.
Pour ta deuxième question, l'énergie potentielle élastique est dissipée sous forme de chaleur car la force élastique est non-conservatrice. En effet, la force dans l'élastique se dissipe par la friction entre l'élastique et l'air et par la friction entre les molécules qui constituent l'élastique.
Pour ta troisième question, il faut examiner comment les différentes énergies varient le long de la chute du sauteur. Considère que l'énergie potentielle gravitationnelle augmente avec la hauteur, que l'énergie cinétique diminue avec la hauteur, et que l'énergie potentielle élastique augmente lorsque l'énergie potentielle gravitationnelle diminue (l'élastique se recharge avec la chute du sauteur). On assume que la friction est nulle et que l'énergie potentielle gravitationnelle est nulle au bout du saut du sauteur.
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À gauche, le sauteur est immobile. Son énergie cinétique est donc de 0. Son énergie potentielle gravitationnelle est maximale car il n'a pas sauté. Son énergie potentielle élastique n'a pas encore été rechargée, et donc est aussi à 0.
À environ la moitié de sa chute, le sauteur avance vite. Son énergie cinétique est maximale. Son énergie potentielle gravitationnelle est inférieure à son maximum, mais toujours plus grande que 0. Son énergie potentielle élastique a commencé à se recharger, mais est toujours inférieure au maximum car il reste toujours de l'énergie potentielle gravitationnelle à dépenser.
À la fin de sa chute, le sauteur est immobile. Son énergie cinétique est nulle. Son énergie potentielle gravitationnelle est nulle aussi car il est au bout de sa chute. Son énergie potentielle élastique, par contre, est maximale, car elle a absorbé tout l'énergie potentielle gravitationnelle.
Cette fiche du site d'Alloprof explique l'énergie potentielle et cinétique :
N'hésite pas si tu as d'autres questions!
Bonjour CannebergeEnthousiaste9454,
Si on prend la force de gravité, par exemple, on voit assez facilement que si l'objet monte (il a été lancé vers le haut, par exemple), alors le déplacement est vers le haut et la force est vers le bas. Le travail est alors négatif, l'objet perd de la vitesse. Après avoir atteint son somment l'objet se met à descendre : le déplacement est vers le bas, la force est vers le bas, donc le travail est positif. Et, plus précisément, si l'objet est à la même hauteur à la fin qu'au début, tout le travail négatif de la phase de montée est exactement compensé par un travail positif de même grandeur lors de la descente. Au total, le travail est nul. Et cela reste vrai quelle que soit la hauteur atteinte par l'objet (donc quelle que soit la trajectoire).
Ce n'est pas le cas avec le frottement. Lorsque l'objet monte, la résistance de l'air tend à ralentir l'objet qui bouge, tant lorsqu'il monte que lorsqu'il descend. Le travail fait par la résistance de l'air dépend de la hauteur atteinte par l'objet et par conséquent la résistance de l'air n'est pas une force conservatrice.
L'extrait que tu nous partages met en évidence 2 forces non conservatrices : la résistance de l'air, qu'on comprend assez bien, et l'imperfection des objets qui donnent une force élastique dans la vraie vie. Dans le cas d'un élastique, l'étirement oblige les molécules à se déplacer les unes par rapport aux autres, Si tu étires une bande élastique, tu devrais pouvoir remarquer qu'elle s'amincit lorsqu'on l'étire. Ce déplacement des molécules l'une par rapport à l'autre cause de la friction, ce qui tend à réchauffer l'élastique. Évidemment, si on produit de l'énergie thermique, cela se fait en consommant une autre forme d'énergie, ici l'énergie mécanique. Il y a donc une perte d'énergie mécanique car une partie est transformée en chaleur. Cette perte sous forme de chaleur varie selon l'étirement de l'élastique, donc dépend de la trajectoire. Ce n'est pas une force conservatrice.
C'est un défaut qu'on peut chercher à réduire. Dans une superballe (une balle très rebondissante) on utilise des matériaux pour lesquels les pertes sont très faibles. Au contraire, les amortisseurs des automobiles sont conçus de façon à augmenter la dissipation d'énergie de façon à éviter que la voiture oscille longtemps.
L'élastique de bungee est un cas intermédiaire. Le fait de rebondir fait partie du plaisir, donc on veut une force de rappel assez élastique mais on ne veut pas que la personne oscille pendant 30 minutes... Après quelques oscillations la personne s'immobilise. Cette perte d'énergie mécanique est causée par la résistance de l'air mais aussi par le frottement des molécules qui se déplacent lorsque l'élastique s'étire. À chaque rebond, lorsque l'élastique s'étire, une partie de l'énergie élastique se dissipe en chaleur.
J'espère que ces informations t'aideront à comprendre un peu mieux ce sujet complexe...
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