Le topic des sciences de l'univers version 2 puissance 2021

[Zepolak]

La photo complète en HD

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De plus en plus chelou ces chorizos...

[Nilsou]

Remarquez d'ailleurs que la grosse émission de trucs chauds en haut à droite est un dragon asiatique au corps en forme d'hélice, je ne savais pas que ce type de créature vivait sur le soleil. Découverte.

[Ze Venerable]

. Le bug dans le cerveau vient simplement du fait que le processus de montée puis descente est rapide sur ce genre d'engin, mais personne n'aurait posé la question pour un mec qui monte une pente et saute en parachute. Alors que c'est fondamentalement la même chose.

Pas sûr de comprendre (mais c'est p-e moi qui suit naze hein !).
Quel mouvement montée descente sur l'engin (le tapis ?) ? On peut considérer pour le pb que le Cg du coureur est fixe dans l'espace (pas d'oscillations verticales quoi), ça ne change rien il me semble.
Cf le fait de pouvoir raisonner sur une voiture posée sur tapis (là on est tous d'accord pour dire que le Cg de la voiture est fixe) et qui va consommer plus de puissance élec tapis incliné que horizontal.

[Nilsou]

C'est une image si tu veux, tu peux le voir en deux temps ton tapis : tu monte un peu, et puis il redescends, tu monte encore un peu et puis il redescends un peu.
C'est le fait que ce soit « instantané » qui pose soucis au cerveau, mais en vrai si tu découpe un peu fictivement ton problème tu arrive à cette situation : je monte -> un dispositif me fait redescendre -> je monte -> un dispositif me fait redescendre, qui est identique au mec qui monte une pente et saute en parachute.
Et vu comme ça il n'y a normalement aucun problème de compréhension.

[Ze Venerable]

Désolé de paraître buté, mais cette représentation me pose problème étant donné que le centre de gravité du coureur/voiture est parfaitement fixe sur le tapis.
Chez toi l'énergie dépensée proviendrait de cette série d'oscillations verticales "instantanées" alors qu'en pratique le travail du poids est parfaitement nul.

Au final je pense que par rapport à une course horizontale, l'excédent de dépense d'énergie sur une côte part dans l'augmentation de l'énergie potentielle du coureur, et sur un tapis incliné c'est pour aider le moteur à vaincre les frottements (i.e le tapis consomme plus d'elec à vide que lorsqu un coureur est dessus) via le travail de la force pied-tapis.

[Playford]

C'est une image si tu veux, tu peux le voir en deux temps ton tapis : tu monte un peu, et puis il redescends, tu monte encore un peu et puis il redescends un peu.
C'est le fait que ce soit « instantané » qui pose soucis au cerveau, mais en vrai si tu découpe un peu fictivement ton problème tu arrive à cette situation : je monte -> un dispositif me fait redescendre -> je monte -> un dispositif me fait redescendre, qui est identique au mec qui monte une pente et saute en parachute.
Et vu comme ça il n'y a normalement aucun problème de compréhension.

Le problème c'est que ce n'est pas ce qu'il se passe.
Pour reprendre l'image des escaliers, si on montait une marche puis que que la marche descendais, là ok. Mais en vrai la marche descend en même temps donc on perd une grande partie de l'effort car il est compensé par la machine.

[Kamikaze]

Alors reprenons. Si on part avec le modèle voiture radiocommandée, qui correspond à la section "diagramme de force" de mon poste précédent. T'es simplement plus exposé à la gravité quand la surface n'est pas horizontale, car le vecteur de force de la réaction du sol n'est plus vertical et n'annule plus parfaitement la gravité.

Donc tu dois produire plus de force pour compenser.

Concernant la visualisation du problème sous forme d'énergie potentielle, là c'est de la relativité, y'a pas d'énergie potentielle absolue. Donc si tu imagines un grand tapis comme dans les aéroports, que tu poses la caméra sur un des accoudoirs noir en caoutchouc et que quelqu'un marche en sens inverse du tapis pour que d'un point de vue extérieur il soit parfaitement immobile. Bah du point de vue de la caméra il avance.



Maintenant tu inclines le tapis et c'est pareil.

Donc sans rentrer dans les détails exacts (car c'est certes différent sur certains points), y'a pas de différence entre monter les escaliers et monter sur un escalateur inversé.

Et c'est précisément pour ça que j'ai parlé du paradoxe d'Aristote. Parce que vouloir visualiser le problème en terme d'énergie potentielle, c'est très dur avec une voiture car tout est instantané, donc c'est des incréments d'énergie potentielle infinitésimaux.

- - - Mise à jour - - -

Le problème c'est que ce n'est pas ce qu'il se passe.
Pour reprendre l'image des escaliers, si on montait une marche puis que que la marche descendais, là ok. Mais en vrai la marche descend en même temps donc on perd une grande partie de l'effort car il est compensé par la machine.

Mais nan ton pied d'appui il descend aussi, tout bouge dans la même direction, si tu veux ne pas te laisser porter vers l'arrière de la machine c'est le même effort que de monter une vraie marche d'escalier.

Placez la caméra sur les accoudoirs et vous verrez qu'il est impossible de distinguer quelqu'un sur un escalier vs. quelqu'un sur un tapis roulant escalier. C'est exactement comme ça qu'Einstein a émis l'hypothèse que la masse grave = masse inertielle. Tomber (se déplacer) de manière accélérée c'est indistinguable d'être dans un champ de gravité

[Kamikaze]

Un tapis roulant escalier c'est simplement un escalier infini, y'a aucune différence.

Si on vous met sur un tapis roulant totalement silencieux dans une pièce sombre, ça sera impossible pour vous de faire la différence entre un tapis roulant et une surface de course infinie.

Comme les escaliers infini dans Mario 64



C'est impossible à distinguer d'un tapis roulant

[Nilsou]

Désolé de paraître buté, mais cette représentation me pose problème étant donné que le centre de gravité du coureur/voiture est parfaitement fixe sur le tapis.
Chez toi l'énergie dépensée proviendrait de cette série d'oscillations verticales "instantanées" alors qu'en pratique le travail du poids est parfaitement nul.

Au final je pense que par rapport à une course horizontale, l'excédent de dépense d'énergie sur une côte part dans l'augmentation de l'énergie potentielle du coureur, et sur un tapis incliné c'est pour aider le moteur à vaincre les frottements (i.e le tapis consomme plus d'elec à vide que lorsqu un coureur est dessus) via le travail de la force pied-tapis.

Mais c'est exactement la même chose en définitive.
Ton travail du poids n'est qu'un phénomène temporaire dans cette histoire. Il est finalement convertit en mouvement de la machine et en frottement dans mon exemple. Et il travaille d'ailleurs bel et bien dans votre exemple également, tu pose ton pied sur la marche, si tu n'avait aucun poids il ne se passerait rien. C'est parce que tu as un poids que l'escalier descends.

Sinon voir la réponse de Kamikaze. C'est exactement la même chose, si tu ne monte pas, tu re-descend bel et bien. Ce qui équivaut, dans mon exemple, à prendre le parachute sans faire l'effort de grimper la cote.

Le problème c'est que ce n'est pas ce qu'il se passe.
Pour reprendre l'image des escaliers, si on montait une marche puis que que la marche descendais, là ok. Mais en vrai la marche descend en même temps donc on perd une grande partie de l'effort car il est compensé par la machine.

C'est pareil je pense.
Que la marche descende en même temps ou plus tard, par à coup ou sur le rythme d'un requiem de Beethoven, c'est la même histoire à la fin.

[Ze Venerable]

Bon M. Nilsou je ne suis pas d'accord avec tout, mais je garderai uniquement le passage "[...] Il est finalement convertit en mouvement de la machine et en frottement dans mon exemple" car il va dans le sens de mon message de 1h22

A savoir, si je reformule la question initiale comme ça "si l'excédent d’énergie que doit fournir un coureur pour gravir une côte, par rapport à un déplacement horizontal, "va" dans l'augmentation de son énergie potentielle, qu'en est-il lorsqu’il court sur un tapis incliné et que son énergie potentielle reste constante ?
Réponse (amha) : sur tapis incliné, l'excédent d’énergie produite par le coureur, comparé à la situation sur tapis horizontal, va dans la mise en mouvement du tapis (et donc au final en chaleur via frottements) celui-ci en retour consommant moins d'énergie électrique"

[Édit :C'est Orhin qui je crois a pensé en premier à cette représentation (énergie allant dans le mouvement du tapis).]

@ Kamikaze : je suis à peu près d'accord avec tous tes postes, de l'analyse du bilan des forces que tu donnes au fait que considérer qu'il y ait ascension ou pas lors du mouvement ne soit qu'une question de référentiel (c'est d’ailleurs ce que je dis dans le message initial cité par Narm, page précédente).

[Kamikaze]

le centre de gravité du coureur/voiture est parfaitement fixe sur le tapis

Ouais j'ai eu des doutes en lisant ça donc j'ai préféré répéter, parce que ça c'est vrai que du point de vue de quelqu'un qui n'est pas sur le tapis.
C'est exactement le même principe que de jeter une balle à 50 km/h (en sens inverse) en étant sur une voiture qui va à 50 km/h, d'un point de vue extérieur la balle est immobile, mais le mec qui jette la balle pour lui c'est pareil qu'en étant à l'arrêt

[Nilsou]

...

Je pense que fondamentalement, là ou il y a désaccord dans le fond entre les deux équipes c'est sur cette remarque de Playford :

Pour reprendre l'image des escaliers, si on montait une marche puis que que la marche descendais, là ok. Mais en vrai la marche descend en même temps donc on perd une grande partie de l'effort car il est compensé par la machine.

Si je traduit ce que semble dire Playford, c'est qu'en gros, si on met très peu de frottement sur ce fameux tapis, alors ça nous demandera moins d’énergie de courir sur le dit tapis.
Alors que ce que Kamikaze et moi disons, c'est que ça ne change pas grand chose à la choucroute. Il faudra toujours monter le tapis dans le référentiel du tapis. Que l’énergie soit transformé en mouvement ultra rapide du tapis ou en frottement.

[Playford]

Si je traduit ce que semble dire Playford, c'est qu'en gros, si on met très peu de frottement sur ce fameux tapis, alors ça nous demandera moins d’énergie de courir sur le dit tapis.
Alors que ce que Kamikaze et moi disons, c'est que ça ne change pas grand chose à la choucroute. Il faudra toujours monter le tapis dans le référentiel du tapis. Que l’énergie soit transformé en mouvement ultra rapide du tapis ou en frottement.

J'ai peut être tord mais j'ai l'impression que l'énergie nécessaire pour "s'arracher" de l'immobilisme plus grand.

Après peut être aussi que cette énergie est très inférieure à l'énergie dépensée pour faire bouger le corps (dans le sens balancer les bras ou les jambes peut importe le mouvement) donc pas vraiment matière à discussion. Comme je ne sais plus qui qui disait que plus on va haut moins il faut d'énergie pour monter. Techniquement vrai mais à échelle humaine, totalement useless.

[Shosuro Phil]

Si j'ai bien compris le point de départ de la relativité (et donc les histoires de "référentiel"), si on enferme le coureur et son escalier dans une cage opaque, il n'y a aucune expérience qu'il puisse faire et qui lui permette de dire qu'il est en train de monter un escalier fixe, ou de faire du sur-place sur un escalier qui descend au même rythme que lui monte (il n'est pas en train de mettre l'escalier en mouvement par la force de ses jambes, on est d'accord). En gros, tout ce qu'a fait Bébert, c'est tenir compte du fait que la vitesse de la lumière étant une constante, même l'expérience consitant à mesurer la vitesse de la lumière ne marche pas.

Partant de là, c'est aussi fatigant de monter un escalier fixe qu'un escalier roulant (courir et regarder si c'est fatigant, c'est beaucoup moins lourd en termes de matos que de mesurer la vitesse de la lumière). Vous vous débrouillez pour faire les calculs comme vous voulez, mais faut que ça tombe juste (je suis en train d'inciter à ce que je reproche à mes étudiants: "voici la conclusion à laquelle vous devez arriver, maintenant faites les calculs"; avec mes étudiants ça marche moyen, ils bluffent souvent).

[Kamikaze]

Ouais c'est ce que j'explique dans mes posts au dessus.

Le truc qui peut aller dans ton sens Playford c'est que le moteur du tapis roulant est pour sûr et certain imparfait, et ne produit pas un mouvement uniforme. A partir de là y'a effectivement une différence non negligeable, assez complexe à calculer, beaucoup de paramètres rentrent en compte. Sans compter que y'a sûrement un peu de jeu dans les parties mécanique donc chaque marche n'est pas aussi stable qu'une marche d'escalier standard etc. etc. si un plus à chaque pas tu introduit une réaction du moteur et des parties mécanique, c'est encore pire.

Donc dans le monde réel en prenant en compte tous les paramètres, il y a pour sûr une différence, maintenant il faut la mesurer et c'est compliqué, mais si quelqu'un me dit que de son expérience il sent une différence, je pense que c'est entièrement plausible

[Narm]

Merci pour vos éclairages ; désolé de ne pas être passé plus tôt.

Au final je pense que par rapport à une course horizontale, l'excédent de dépense d'énergie sur une côte part dans l'augmentation de l'énergie potentielle du coureur, et sur un tapis incliné c'est pour aider le moteur à vaincre les frottements (i.e le tapis consomme plus d'elec à vide que lorsqu un coureur est dessus) via le travail de la force pied-tapis.

Je crois que c'est ça le point de la discorde pour moi : il faut oublier l'énergie potentielle. Pour moi, dans une côte c'est plus dur que sur le plat non pas parce que tu charges ton énergie potentielle mais parce que du coup t'as besoin de produire plus de forces pour lutter contre le travail du poids, comme le montre l'image de Kamikaze :


D'ailleurs la dame là, elle pourrait très bien être sur un tapis

Et c'est encore plus compliqué sur un tapis que sur une côte : une partie de la force que tu utilises pour ne pas tomber en bas du tapis se disperse dans le mécanisme de la machine (comme tu dis, ça aide le moteur)
En tout cas merci, c'est vachement instructif

[Bah]

Dans ton diagramme au final à mon sens tu n'oublies pas l'énergie potentielle. Tu utilises simplement les forces et pas les énergies (une partie de ces forces, la F applied, va "augmenter" l'énergie potentielle en te faisant monter. Effectivement tu t'en fous, vu que tu l'utilise pas là, mais c'est pas pour autant qu'elle n'existe pas).

[Ze Venerable]

...

Chalut mister !

Je rebondis juste là-dessus pour le moment, parce que la question elle est vite répondue :

il faut oublier l'énergie potentielle.

La mécanique elle raconte (ici) que le travail des forces conduit à faire varier l'énergie mécanique du système. Cette énergie méca elle se compose de l'énergie cinétique et l'énergie potentielle.
Or la première ne varie pas (on se place dans le cas où tu montes la côte à vitesse constante quoi.
[Edit :je complète le raisonnement car là c'est pas clair.
Or l'excédent de puissance fournie par le coureur pour monter la côte, par rapport à une course horizontale, va où ? Puisque l'énergie se conserve et que son Energie cinétique ne varie pas (V cst) , c'est bien que ces calories supplémentaires dépensés par le coureur vont dans son énergie potentielle ]


Quand tu montes en ascenseur (à v constante), la puissance électrique consommée par le moteur elle sert bien à augmenter ton énergie potentielle. Tu ne vas pas dire que celle-ci n'augmente pas, puisque ta hauteur par rapport au sol de la cabine d'ascenseur ne varie pas ?!
(je dis ça par rapport à un précédent argument de ta part, comme quoi l'Ep du coureur est la même en haut qu'en bas de la côte puisque celle-ci est calculée par rapport au sol et que dans les 2 cas il est toujours à 1,75 m du sol )


Sur la discussion relative aux 2 points de vue et d'imaginer la situation où les frottements tapis seraient moindres, j'essaierais p-e de faire une bafouille plus tard quand j'aurais les idées plus claires et plus de temps.

Merci pour vos éclairages

+1

[Kamikaze]

Ouais ce sont pas deux concepts opposé, tu peux passer des forces à l’énergie potentielle via une équation. La différence des potentiels (départ, arrivée) c'est l'intégrale de la force sur la trajectoire considérée

[Narm]

Chalut mister !

Je rebondis juste là-dessus pour le moment, parce que la question elle est vite répondue :


La mécanique elle raconte (ici) que le travail des forces conduit à faire varier l'énergie mécanique du système. Cette énergie méca elle se compose de l'énergie cinétique et l'énergie potentielle.
Or la première ne varie pas (on se place dans le cas où tu montes la côte à vitesse constante quoi).

Quand tu montes en ascenseur (à v constante), la puissance électrique consommée par le moteur elle sert bien à augmenter ton énergie potentielle. Tu ne vas pas dire que celle-ci n'augmente pas, puisque ta hauteur par rapport au sol de la cabine d'ascenseur ne varie pas ?!
(je dis par rapport à un précédent argument de ta part, comme quoi l'Ep du coureur est la même en haut qu'en bas de la côte puisque celle-ci est calculée par rapport au sol et que dans les 2 cas il est toujours à 1,75 m du sol )

Justement ; quand tu montes dans un ascenseur ce n'est pas toi qui produit les forces nécessaires à te faire monter. Ton énergie potentielle propre, elle est toujours la même : t'es à 1,75m du sol. Par contre l'énergie du système ascenseur + toi dedans a bien augmenté, je suis d'accord.

Soit tu considères uniquement le coureur dans l'ascenseur ; sa dépense d'énergie pour monter à été faible (métabolisme de base pour vivre + nécessaire pour appuyer sur le bouton). L'énergie potentielle du coureur est toujours la même car sans sortir de l'ascenseur, il ne peut tomber que de sa hauteur.
Soit tu considères le coureur et l'ascenseur ; la dépense d'énergie a été bien plus importante car il faut prendre en compte l'énergie nécessaire pour monter l'ensemble. Donc oui, l'énergie potentielle est plus élevée car simplement cette fois ci l'ensemble peut retomber en bas.

Mais tu ne peux pas dissocier les deux ; on ne peut utiliser les forces utilisées sur l'ensemble (ascenseur + coureur) pour ne charger qu'une seule chose (le coureur).

edit : "Or l'excédent de puissance fournie par le coureur pour monter la côte, par rapport à une course horizontale, va où ?" elle sert à compenser le travail du poids qui n'existe pas sur une course horizontale je dirais

[Ze Venerable]

Soit tu considères uniquement le coureur dans l'ascenseur ; sa dépense d'énergie pour monter à été faible (métabolisme de base pour vivre + nécessaire pour appuyer sur le bouton). L'énergie potentielle du coureur est toujours la même car sans sortir de l'ascenseur, il ne peut tomber que de sa hauteur.

Référentiel : la Terre
Système : la personne (placée dans ascenseur en montée à Vcst dans ce référentiel)
Forces extérieures : sont poids, et la réction du sol. Egales en norme (cas Vst).

LA variation de EC+EP est égale au travail des forces ext = Réaction du sol * élévation de hauteur. On ne considère pas le travail du poids car Force conservative, cf page wiki.

=> Si montée de 1m, EC+EP a varié de Masse(kg)*9.81*1

[dans ce référentiel] quand tu montes en ascenseur ton EP varie.


Edit :
Référentiel : la personne dans l'ascenseur.
Système : idem, la personne (placée dans ascenseur)
Forces : idem.
Pas de déplacement => pas de travail des forces, dans son propre référentiel l'énergie méca de la personne ne varie pas.


Edit²: Là où je veux en venir Narm, c'est que depuis le départ de cette discussion lancée ailleurs sur le forum, moi je suis dans le référentiel Terre.

[ZenZ]

Un des premiers réflexes lors de la résolution d'un problème de physique n'est-il pas de fixer le référentiel ? Histoire que tout le monde parle de la même chose.

[Laya]

Vous me rappelez que je galérais grave au lycée avec les projections d'angles, les angles complémentaires, alternes, interne etc...

Sinon je préfère toujours mettre toute les forces, y compris la gravité et la réaction qui s'oppose histoire de ne jamais l'oublier si elle a son importance. (enfin pas les force EM ou nucléaire faut pas déconner non plus )