Source énergétique

Pour rappel, le champ magnétique est conservatif. Et dans l'exemple proposé, chaque aimant effectue un chemin fermé : son gain en énergie doit systématiquement être nul lors de son trajet, ce qui ruine tout mouvement perpétuel. La faille du raisonnement est de ne considérer que ce qui se passe quand les deux aimants sont proches et se repoussent dans le sens favorable à la rotation de la roue. Mais quand les deux aimants sont éloignés, la répulsion magnétique va contre le mouvement de la roue en repoussant l'aimant dans une direction en biais.

Problème suivant !

Mais a-t-on démontré réellement cela ? N'est-ce-pas une règle empirique qui, pour le moment, n'a pas trouvé d'exception ?

Je crois que c'est un postulat.

Pour ton problème, c'est peut-être bète, mais pourquoi ta roue accélèrerai-t-elle ? Mettons qu'elle est immobile au début, sans aimant. On met l'aimant (notons le F) sur son support fixe. L'aimant le plus poche du support (notons le A) de la roue va être repoussé, d'où début de rotation. Le 2^e plus proche (notons le B) va s'approcher, donc être de plus en plus être repoussé. À un moment, les forces vont se compenser.

Si la vitesse de la roue est faible, elle va tourner un peu, puis B va s'approcher de F, donc une force opposée au mouvement actuel de la roue va apparaitre. Tu me vois venir j'imagine : ça va osciller. Tu viens de créer un pendule.

Si la vitesse de la roue est forte, un phénomène similaire va se produire avec l'aiment suivant. La roue va bien tourner, mais la force moyenne appliquée à la roue sera nulle (tu prend un pendule rigide, sous vide, et tu tapes fort dedans ; il va se mettre en rotation indéfiniment, mais aucune force ne sera appliquée dessus).

Attention subtilité. Un mouvement infini est possible en l'absence complète de frottement. Cela ne veux pas dire que l'on peut extraire de l'énergie de ce système. Si je couple mon pendule rigide qui tourne à un système sans frottement pour produire de l’électricité, la transformation de l'énergie de rotation en énergie électrique va ralentir le pendule, et finalement l’arrêter.

Et en parlant d'énergie infinie, est-ce que les forces d'un aimant sont infinies ?

Mal dit. Je crois qu'un aimant ne se désaimante pas spontanément. Ça ne pose aucun problème de conservation d'énergie. Un aimant émet un champ. Ce champ est conservé dans le temps. La Terre émet un champ. Ça ne t'étonnes si je te dis que le champ de pesanteur émis par la Terre ne varie pas si je place un autre champs à côté (tant que l'intégrité de la Terre n'est pas affecté).

Édit : deux réponses le temps que je rédige, mais je réponds à la nouvelle question.

Je ne suis pas un expert de la question, mais je crois le simple fait de faire tourner l'aimant de ton alternateur va générer des frottements via les champs magnétiques. En l'absence d'une force appliquée perpétuelle (ce que ton système ne fourni pas, ce qu'aucun système ne fourni), le mouvement de la roue va ralentir, et une fois toute l'énergie transformée, s’arrêter.

Il y a eu quelques réponses avant que je finisse la mienne, donc certaines choses ont déjà été dites. J'espère que ça ne pose pas trop de problème.

Pour répondre simplement, c'est bel et bien les forces de frottement (en grosse partie) qui sont à l'origine du fait que l'on ne puisse pas faire de mouvement perpétuel. Mais pour mieux comprendre les choses, il me semble essentiel de bien différencier un certain nombre de choses et définir certaines notions.

Les définitions que je vais donner sont simplifiés et potentiellement en partie inexacte, le but étant qu'elles soient simple à comprendre.

Lorsque l'on parle d'un objet en déplacement, il y a deux choses importantes : sa vitesse de l'objet et sa masse. D'après la première loi de Newton, si un objet ne subit aucune force, il conserve son mouvement (ou son absence de mouvement).

Donc ce qui va modifier sa vitesse, c'est une force. Cette modification se fait en suivant le principe fondamental de la dynamique qui dit que l'accélération (son changement de vitesse) d'un objet est égal à la somme des forces qu'il subit divisé par sa masse. Donc si tu appliques la même force à un objet massique, sa vitesse va moins changer.

Une énergie (mécanique), ça correspond à l'action d'une force pendant un certain temps (c'est assez grossier, mais ça aide à comprendre). Une autre manière de voir les forces, c'est de dire que c'est un transfert d'énergie : quand tu pousses ta voiture, tu "donne" de l'énergie qui est transformé en énergie cinétique. De même, quand il y a des frottements avec le vents, ta voiture transfert de l'énergie cinétique à l'air. En fait, tous les changements d'états que tu peux observer (ou non) correspondent à des transferts et des transformations d'énergie. Que ce soit de l'énergie mécanique (vitesse), de l'énergie électrique, de l'énergie thermique, etc… Et ce qu'il faut bien comprendre, c'est qu'il n'est pas possible de faire un transfert d'énergie qui fasse augmenter la quantité d'énergie totale.

Pour faire le parallèle avec des choses plus visibles, si tu as un verre d'eau, tu pourra la transvaser dans d'autres récipients, le faire congeler, le faire se condenser ou n'importe quoi d'autre, tu ne pourra pas obtenir plus d'eau à moins d'en prendre ailleurs. L'énergie, c'est pareil.

Au niveau de ton schéma, les aimants ajoutent une composante plus complexe : le champ magnétique. L'idée d'un champ (qu'il soit magnétique ou gravitationnel), c'est que pour chaque point de l'espace on définit une énergie potentielle et le déplacement d'un objet entre deux points requiert (ou produit) une énergie équivalente à la différence d'énergie potentielle entre le point de départ et le point d'arrivée.

Pour mieux comprendre la notion de champ, je vais prendre l'exemple du champ gravitationnel terrestre. Dans un monde sans frottement, lorsque tu te déplaces entre deux points qui ont la même altitude, cela ne te coûte pas d'énergie. Tu dois dépenser de l'énergie pour monter et tu peux en gagner en descendant. Tout ça, c'est parce que un point qui est plus haut à plus d'énergie potentielle. Au passage, l'énergie gagné ou perdu est proportionnelle à la masse de l'objet que tu veux déplacer (cf le principe fondamental de la dynamique).

Donc en fait, lorsque ta roue tourne, tu peux "gagner" de l'énergie grace aux aimants qui ce rapprochent de celui qui est fixe, mais tu en perds de la même manière à causes de ceux qui s'éloignent de l'aiment fixe. Donc même si tu élimines toutes les pertes d'énergies possibles (frottement, chaleur, etc), au mieux ton système tournera indéfiniment. Sauf que cela ne permettra pas d'obtenir d'énergie : celle-ci provient d'un changement d'état (ici de vitesse). Donc de base, ton système ne bouge pas, tu devra lui transférer de l'énergie pour qu'il commence à tourner et inversement, tu ne pourra pas récupérer plus d'énergie en le ralentissant.

Pour pousser un peu plus loin, la physique est même un peu plus vicieuse. Il existe ce que l'on appelle de l'entropie qui est (en simplifiant beaucoup) de l'énergie irrécupérable (un peu comme de l'eau que tu aurais fait tomber par terre dans l'example des verres). Et en réalité, il y a un certain nombre de transferts d'énergie pour lesquels une partie de l'énergie qui est échangé est transformé en entropie, donc tu te retrouves avec moins d'énergie à l'arrivée qu'au départ.

Voilà, j'espère que tu comprends un peu mieux pourquoi le mouvement perpétuel est difficile à faire et pourquoi, même si on arrivais à le faire (par exemple dans l'espace), on ne pourrait pas s'en servir pour obtenir de l'énergie.

EDIT : ah, et j'oubliais par rapport à la question sur les règles empiriques. En fait, absolument toutes les connaissances de physique sont et seront toujours uniquement empiriques. Toutes les lois proviennent d'observations et sont considérés comme valide tant que l'on n'a pas trouvé d'éléments les contredisant. La seul manière de vérifier une loi en physique est de chercher des contre-exemples. Si on cherche assez bien et que l'on n'en trouve pas, on peut penser que la loi décrit correctement le monde dans lequel on vit.

La loi de conservation de l'énergie n'est-elle pas suffisante pour prouver qu'un tel système est impossible ?

La loi de conservation de l'énergie ne me semble en rien incompatible avec un mouvement perpétuel. Mais effectivement, elle rend totalement impossible une source d'énergie basée sur un mouvement perpétuel.

Je tiens toute fois à signaler que même si un mouvement perpétuel ne sert pas à produire de l'énergie, il serrait très utile ! L'un des principaux problèmes actuellement est la conservation de l'énergie. Il est difficile de conserver l'énergie afin de l'utiliser quand on en a besoin.

Un mouvement perpétuel est exactement une solution de ce problème.

Les monopoles magnétiques n'existent pas¹. Ça fait partie des postulats de l'électromagnétisme (donc plein de gens cherchent des monopoles dans des conditions non standard , mais personne n'en a trouvé à l'heure actuelle). J'ai donc interprété le schéma en disant que les poles identiques étaient mis face à face. Le bilan n'est pas nul pour autant, car la distance entre les poles identiques est alors plus faible que la distance entre pole différents (donc la répulsion plus forte que l'attraction).

D'ailleurs c'est un peu le principe qui est utilisé dans les solutions de stockage de l'énergie qui utilisent des roues à inertie. Des roues massives sont montées sur tes roulements très performants qui ne génèrent quasiment aucun frottement et ensuite mises en rotation. On s'approche ici de mouvements perpétuels. http://www.ecosources.info/dossiers/Stockage_energie_volant_inertie

Presque aucun inconvénient ?

On serait encore très loin des capacités du pétrole ou même de l'hydrogène, et le coût est prohibitif.