Question conceptuelle sur le travail et l’énergie potentielle

Joan Shostak

Question conceptuelle sur le travail et l’énergie potentielle


Je suis confus par la description classique du travail et le travail négatif. Si quelqu’un tire (lentement) sur une corde pour soulever un seau dans un puits, je comprends que la personne travaille sur le seau et que la gravité fait un travail négatif sur le seau. Ainsi, le travail net est nul.

Mais si le travail net est nul, d’où vient l’énergie qui augmente l’énergie potentielle du godet?

Réponses


 garype

L’énergie provient de l’énergie chimique stockée dans les muscles de vos bras. Mais …

Vous devez être prudent lorsque vous dites que le travail net est nul. Vous devez vous assurer que votre système est clairement défini afin de savoir ce qui se trouve dans votre système et ce qui est à l’extérieur. Ensuite, vous devez identifier quel travail est interne et quel travail est externe et lequel, le cas échéant, est nul.

Une façon de définir le système dans votre cas est de dire que la Terre et le seau sont à l’intérieur du système, tout le reste est à l’extérieur. Ensuite, la corde (pas vous ) fonctionne sur le système. Ce travail est un travail extérieur … il entre dans le système de l’extérieur.

Ainsi, le travail effectué sur le système dans cette image n’est pas nul.

Vous pouvez également analyser un système comprenant la Terre, le seau, la corde et vous. Ce cas est plus compliqué car 1.) vous avez maintenant un dispositif de stockage d’énergie (vous) dans le système, et 2.) vous êtes déformable et 3.) La force produite par vos muscles n’est pas conservatrice. Néanmoins, dans ce cas, le travail interne total est en effet nul. L’énergie provient de l’énergie chimique dans vos muscles.


 tc

La personne travaille sur le godet en le soulevant contre la force gravitationnelle . (

W = m g h

).

Considérez la définition du travail

W = F X

(force constante). Depuis

F w e je g h t = m g

, puis

W = m g h

.

Que vous utilisiez beaucoup de force pour soulever rapidement le godet ou que vous utilisiez peu de force pour soulever lentement le godet, tant que ses positions et vitesses initiales et finales sont les mêmes, le travail effectué sur le godet serait le même. Peu importe la force que vous exercez pour soulever la masse, tout ce qui compte, c’est la distance à laquelle la masse est levée, ainsi que la force gravitationnelle, mg. Le travail effectué est tout simplement

W = m g h

. Plus d’explications peuvent être trouvées ici. https://physics.stackexchange.com/a/135194/59969


 G. Paily

Voici quelques points à garder à l’esprit:

  1. L’énergie potentielle est toujours décrite comme l’énergie potentielle du système. Par exemple, l’énergie potentielle gravitationnelle du système Terre-Lune appartient au système dans son ensemble, et non à la Terre ou à la Lune individuellement. Donc pour votre exemple, si vous jetez par exemple une brique vers le haut, ce serait le potentiel du système brique-Terre.
  2. Le théorème travail-énergie peut être écrit (en termes de forces externes conservatrices, non conservatrices et autres) comme:

W t o t = W c o n s + W n o n c o n s + W e x t = Δ K = K F K je

W t o t = W c o n s + W n o n c o n s + W e X t = Δ K = K F K je

Mais pour une force conservatrice, la définition de l’énergie potentielle associée est

W c o n s = Δ U = ( U F U je )

W c o n s = Δ U = ( U F U je )

et donc notre équation précédente devient:

W t o t = W c o n s + W n o n c o n s + W e x t ( U F U je ) + W n o n c o n s + W e x t K je + U je + W n o n c o n s + W e x t = Δ K = K F K je = Δ K = K F K je = K F + U F

W t o t = W c o n s + W n o n c o n s + W e X t = Δ K = K F K je ( U F U je ) + W n o n c o n s + W e X t = Δ K = K F K je K je + U je + W n