Prenons le cas dune moto en accélération, le moteur convertit lénergie potentielle en énergie mécanique qui est utilisée pour générer une paire de forces de la troisième loi de Newton au pneu arrière « s contact patch, une force vers larrière exercée de la zone de contact sur le rugissement, coexistant avec une force vers lavant exercée par la route sur la zone de contact. Pour simplifier les choses, supposons quil ny a pas de pertes dans le processus, pas de traînée, pas de résistance au roulement , etc., de sorte que toute diminution de PE (énergie potentielle chimique du carburant / batterie) se termine par une augmentation de KE (énergie cinétique).
Lobjet « abstrait » dans ce cas est le contact Bien quil ny ait pas de mouvement relatif entre la surface du pneu et la route au niveau de la zone de contact (frottement statique), la zone de contact elle-même se déplace à la même vitesse que la motocyclette (sans tenir compte des déformations liées à la charge). Ceci est plus facile à visualiser si vous utilisez le centre de la zone du patch de contact comme la position instantanée de la zone de contact.
La route ne peut pas générer de puissance, mais le point dapplication de la force exercée par la route sur la zone de contact se déplace avec la même vitesse que la moto. Ainsi, la puissance pourrait être exprimée comme la force exercée par la route multipliée par la vitesse du point dapplication de cette force, la zone de contact, qui est la même que la vitesse de la moto (en supposant une route plate).
La route ne peut pas non plus effectuer de travail, mais la somme intégrale de la force (par rapport à la position de la zone de contact) multipliée par la distance parcourue par la zone de contact pourrait être utilisée pour calculer le «travail» effectué qui provenait du moteur.
Jai repensé à cela. Puissance = force exercée sur la moto · vitesse de la moto. Le fait que la route ne bouge pas naffecte pas la capacité de la route à exercer une force sur la moto en mouvement , car il applique la force à la zone de contact du pneu, où la bande de roulement ne bouge pas par rapport à la route, mais se déplace avec le négatif de la vitesse de la motocyclette par rapport à la motocyclette. En raison du mouvement de roulement et du couple du moteur, le pneu et la roue de la moto transmettent la force de la route à l’arrière axe el avec la même force de la route et à la vitesse de la moto. La route pourrait être considérée comme faisant partie de la séquence de transmission de puissance qui utilise la puissance du moteur pour accélérer la moto.
Dans ce cas, la vitesse de la zone de contact est la même que la vitesse de la moto, mais considérez quun tambour est accéléré angulairement par un pneu en rotation, dans ce cas, la zone de contact ne bouge pas, mais la surface du tambour lest. Le tambour pourrait être remplacé par un câble qui senroule entre deux bobines, de sorte que laccélération du le câble au point de contact est linéaire. Dans ce cas, la zone de contact ne bouge pas, et puissance = force exercée sur le câble · vitesse du câble.
Le fait que la surface du pneu ne bouge pas par rapport à la route au niveau de la zone de contact est la raison pour laquelle une route immobile peut appliquer une force à une motocyclette en mouvement.
Donc, ce que jappelle un objet abstrait est juste une façon de faire référence à quelque chose qui bouge à la même vitesse que lobjet auquel la force est appliquée, et était ma tentative de faire face à rolli ng mouvement du pneu arrière dans le cas de la moto.
Le point dapplication de la force se trouvant au niveau de la zone de contact a des conséquences, comme un wheelie si laccélération est suffisante.
Dun point de vue physique strict, linterface entre le pneu et la route convertit la puissance angulaire (couple multiplié par la vitesse angulaire) en puissance linéaire (force x vitesse linéaire), donc aucun travail de réseau nest effectué. Cependant, il est courant dindiquer quelle est la puissance de la roue arrière pour une moto, et cela peut être calculé comme la force multipliée par la vitesse. Cela peut être fait à laide dun dynamomètre de châssis, mais il est également possible de déterminer la force grâce à des capteurs de couple (tranducers), ce qui permet de déterminer la puissance de la roue arrière en temps réel pendant la conduite, et certains coureurs achètent léquipement qui comprend des capteurs de couple et lenregistrement de données pour leurs vélos de piste (de course).
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- La puissance est appliquée aux pneus, et le frottement des pneus sur la route sapplique que puissance de la voiture. Faites attention à quel objet vous sélectionnez lorsque vous utilisez des équations de puissance.
- êtes-vous sûr que la zone de contact se déplace par rapport à la route? sa vitesse est nulle en bas du pneu, et deux fois la vitesse en haut
- Quentendez-vous par » pour que toute diminution de PE (potentiel énergie) se termine par une augmentation de KE (énergie cinétique) « . Votre moto descend-elle une colline ou quelque chose comme ça?Sil fonctionne sur une surface plane, il ny a pas de changement dans lénergie potentielle, alors que se passe ‘? Parlez-vous de lénergie potentielle chimique du carburant?
- @Wolphramjonny – Ceci est différent dun point sur la partie la plus externe dun pneu, qui se déplace selon un modèle cycloïde. Je ‘ m en utilisant le terme » contact patch » utilisé par les spécialistes de la dynamique des pneus , la zone de contact se déplace avec le véhicule, et la bande de roulement et la route » sécoulent » à travers la zone de contact.
- @BobD – le moteur extrait de lénergie potentielle du carburant quil consomme, ou sil ‘ est une moto électrique, le moteur extrait lénergie potentielle dune batterie. Par aucune perte, je veux dire que PE + KE = constant.
Answer
Le couple appliqué à la roue par le moteur provoque une force vers larrière sur la surface de la route. Selon la troisième loi de Newton, la force vers larrière sur la route provoque une force égale agissant vers lavant sur le pneu près de la route, à lemplacement que vous appelez la « zone de contact ». Cette force agissant vers lavant est due au frottement statique entre le pneu et le route. Il continuera à être égal à la force vers larrière tant que la force de friction statique maximale de $ μ_ {s} N $ nest pas dépassée, auquel cas le pneu glissement. Pour la force de frottement statique maximale, $ μ_s $ est le coefficient de frottement statique entre le pneu et la route et $ N $ est la force normale agissant sur la roue motrice en raison de la partie du poids de la motocyclette agissant sur la roue motrice.
En supposant quil ny a pas de traînée, de résistance au roulement ou autre ) les forces agissent sur la moto, alors la force de frottement statique est la seule force externe agissant sur la moto et est donc directement responsable de la propulsion il avance. La route est, en fait, en train de travailler sur la voiture pour la propulser vers lavant.
Ce fait est quelque peu difficile à comprendre car la route nest clairement pas une source dénergie. La source est le moteur qui crée la force vers larrière sur la route qui, à son tour, crée la force de frottement statique vers lavant qui est responsable du travail. Lénergie provient donc du système de transmission de puissance qui transfère lénergie de la source (carburant dans le moteur) à la voiture grâce à une série dinteractions aboutissant finalement à la force de frottement statique de la route agissant sur la voiture.
Jespère que cela vous aidera.
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- Jai ajouté une section de réflexion à ma question. La route nest pas ‘ t en mouvement, mais elle ‘ peut exercer une force sur une motocyclette en mouvement en raison du mouvement de roulement (friction statique ) du pneu arrière entraîné.
- Je pense quune bonne façon de dire ce serait que la route fait partie du système de transmission de puissance de la voiture, même si aucune puissance nest effectivement fourni par la route; tout comme aucune puissance nest réellement fournie par les éléments de transmission de la voiture; ils aident simplement à déplacer (transmettre) le pouvoir à travers le système là où nous le voulons réellement
- @JMac Jaime la suggestion modifiée un peu. Voir ma révision.
- Cette réponse nest pas correcte. Lénergie de la voiture naugmente pas donc aucun travail nest effectué dans la voiture. Le travail est un transfert dénergie, aucune énergie nest transférée, donc aucun travail nest effectué.
- @Dale Le PE auquel lOP fait référence est lénergie potentielle chimique du carburant du moteur. Il ne sagit pas de PE mécanique (par exemple PE gravitationnel) donc la conservation de lénergie mécanique, PE + KE ne sapplique pas ici. La moto accélère. Il gagne KE. Le travail a été fait. La seule force externe agissant sur le cycle dans le sens avant provoquant laccélération du cycle est la force de friction statique. Il fait le travail. Lénergie provient finalement du carburant. Je ne vois rien indiqué par lOP que lénergie de la moto ne change ‘ t. Remarque: voir la modification du PO pour repenser la situation.
Réponse
La puissance est définie comme: le taux à quel travail est effectué ou la vitesse à laquelle lénergie est transférée dun endroit à un autre ou transformée dun type à un autre. https://physics.info/power/
« la vitesse à laquelle le travail est effectué » est donnée par la formule $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ où $ \ vec v $ est la vitesse du matériau au point dapplication de la force. Dans lexemple dune moto sans perte, le point dapplication de la force est le bas du pneu, qui a $ \ vec v = 0 $ .
Cependant, cest précisément ce point qui est en question.La vitesse correcte pour calculer la puissance est-elle égale à la vitesse du matériau au niveau de la zone de contact ou est-elle égale à la vitesse de la zone de contact? Par conséquent, pour résoudre ce problème, nous examinerons les autres parties de la définition pour voir si une interprétation de $ \ vec v $ est plus cohérente avec le reste de la définition que Lautre.
« la vitesse à laquelle lénergie est transférée dun endroit à un autre ». En raison de la conservation de lénergie, si de lénergie était transférée au niveau de la zone de contact, lénergie de la voiture changerait. Étant donné que lénergie de la voiture ne change pas, il est clair que la vitesse à laquelle lénergie est transférée à travers la zone de contact est nulle. Donc, par cette partie de la définition, la puissance est nulle. Ceci est cohérent avec $ \ vec v $ représentant la vitesse du matériau au niveau du patch de contact, mais incompatible avec $ \ vec v $ représentant la vitesse de la zone de contact.
Il existe des dispositifs passifs qui transmettent la puissance dun endroit à un autre, tels que des arbres, des cordes, des engrenages et des leviers. Cependant, dans tous ces appareils, il y a un emplacement sur lappareil où un $ P $ positif est effectué et un autre où une quantité (idéalement) égale de $ P $ est terminé. Ce nest pas le cas au niveau du patch contact.
«ou transformé dun type à un autre». Sur une zone de contact typique, la seule transformation de lénergie est de lénergie mécanique en énergie thermique. Par hypothèse qui vaut zéro dans ce cas. Dans ce problème, la seule transformation de lénergie est dans le moteur où lénergie est transformée du potentiel en mécanique. Il est donc logique de parler de la puissance du moteur malgré la constance de l’énergie totale du véhicule. Mais au niveau de la zone de contact, toute énergie est mécanique et reste mécanique. Ainsi, cette partie de la définition est également cohérente avec $ \ vec v $ représentant la vitesse du matériau au niveau du patch de contact, mais incompatible avec $ \ vec v $ représentant la vitesse du patch de contact.
Par conséquent, les deux autres parties de la définition de puissance indiquent que la puissance fournie par le patch de contact est nulle . Cela correspond à la définition que $ \ vec v $ est la vitesse du matériau au niveau de la zone de contact.
La raison pour laquelle cette question trompe tant de monde est que la force de la route modifie lélan de la moto. Cependant, il est important de savoir que lélan et lénergie sont des concepts distincts. Ils sont liés mais pas les mêmes. Une force est le taux de changement de vitesse, pas le taux de changement dénergie. Par conséquent, il est possible pour une force de changer lélan dun objet sans changer son énergie. Ceci est un exemple, bien quil existe de nombreux autres exemples similaires.
Au final, la puissance mécanique transférée par une force $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ est toujours calculée en utilisant la vitesse de le matériau où la force est appliquée, qui est zéro pour lexemple de la moto.
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- Notez que jai mis à jour ma question avec la section séparée ajoutée pour noter le dilemme du terme » patch de contact » car il fait référence à linterface entre deux objets et le patch de contact » » peut ou non être en mouvement. Un » patch de contact » na de vitesse que si le pneu auquel il fait référence a également une vitesse, donc cest spécifique à la situation.
- Par la même logique, aucun travail nest-il effectué non plus $ W = \ vec F \ cdot \ vec s $? Si aucun travail nest effectué, alors quest-ce qui est responsable de laugmentation des motos KE au fur et à mesure de laccélération (en situation de perte nulle, PE + KE = constante, donc une diminution de PE correspond à une augmentation de KE: ΔPE + ΔKE = 0)?
- La vitesse de la zone de contact nest pas pertinente, seule la vitesse du matériau au niveau de la zone de contact compte. Puisque $ W = \ int P \ dt $ si $ P = 0 $ alors $ W = 0 $. Pour plus de détails, voir physicsforums.com/threads/…
- @Dale Jaime votre argument , mais trouve intéressant que le gain de KE de la voiture puisse sûrement être $ calculé à partir de $ $$ \ Delta E_k = \ text {force de frottement} \ times \ text {distance déplacée par le patch de contact}, $$ en dautres termes de ce quon pourrait appeler le pseudo-travail.
- @Dale Je dirais que lénergie est réfléchie par la frontière du système, ce qui est une interaction directe avec elle. La route ne modifie ‘ t lénergie nette dans la voiture, mais elle facilite directement le transfert dénergie de la rotation des roues à lénergie cinétique linéaire de la voiture.