Force non-conservative

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Figure 1. D'abord, une balle de baseball est déformée par la force normale. Ensuite, la balle rebondit sur la batte et reprend sa forme sphérique. Au cours de ce processus, les atomes de la batte, de la balle et de l'air vont vibrer plus rapidement, perdant ainsi une partie de leur énergie.[1]

Une force est une influence cruciale sur le mouvement. Certaines forces modifient visiblement la vitesse ou la direction du mouvement. D'autres forces transforment un mouvement macroscopique en mouvement microscopique. Une force non conservative est un terme donné à toute force dont le travail dépend du chemin suivi, car les effets microscopiques dépendent des phénomènes macroscopiques. En bref, une force non conservative transforme un mouvement macroscopique en mouvement microscopique.

Voici un exemple de forces non-conservatives dans un match de baseball :

  • Force normale : La collision entre une balle de baseball et une batte (mouvement macroscopique) produira un son (mouvement microscopique), voir la figure 1.
  • Traînée de l'air : Après qu'un joueur de baseball frappe la balle, elle se déplace dans l'air (mouvement macroscopique), transmettant de l'énergie cinétique aux molécules d'air et les faisant vibrer plus vite. Cela crée de la chaleur (mouvement microscopique). C'est la même chose que l'équivalent mécanique de la chaleur, qui convertit le mouvement d'un fluide en chaleur. Plus la résistance de l'air est forte, plus vite la balle transforme l'énergie cinétique en énergie thermique.
  • Frottement : Lorsque le joueur glisse vers la base (mouvement macroscopique), le frottement transmet de l'énergie vers le sol et le pantalon du joueur. Cela fait les atomes du sol vibrer davantage (mouvement microscopique) et peut même provoquer une déformation plastique (comme l'étirement ou la déchirure du pantalon), qui peut se traduire par de nouvelles pertes d'énergie cinétique.

Tous les systèmes réels sont associés à certaines forces non conservatives. Par exemple, lorsque la Lune tourne autour de la Terre, elle crée des forces de marée, qui réchauffent légèrement les océans (mouvement microscopique des molécules dans l'océan). Cependant, il s'agit d'un effet faible par rapport à l'énergie du système.

Selon la deuxième loi de la thermodynamique, tous les systèmes perdent de l'énergie mécanique avec le temps. Il est important de noter que les forces non conservatives ne détruisent pas l'énergie mais la convertissent simplement en une forme moins utile (moins ordonnée).

PhET: Force de frottement

L'Université du Colorado nous a gracieusement autorisés à utiliser la simulation PhET suivante. Elle explore la transformation du mouvement macroscopique en mouvement microscopique par le frottement.


Pour en savoir plus sur les forces conservatives et non conservatives, voir hyperphysics.

En savoir plus

Références

  1. Picture taken from Baseball: From pitch to hits, by Stephen Ornes. Accessed July 20th, 2018 from: https://www.sciencenewsforstudents.org/article/baseball-pitch-hits

Auteurs et rédacteurs

Bethel Afework, Ethan Boechler, Allison Campbell, Paul Frey, Jordan Hanania, Anna Pletnyova, Maddy Strange, Z. Sumners, Jason Donev
Dernière mise à jour : 16 mai, 2022
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