Qu'est-ce que l'énergie ?

Tout le monde se secoue !

J'ai commencé (lundi 25 avril 2016 à 16h38) la rédaction d'un tutoriel au doux nom de « Qu'est-ce que l'énergie ? » et j'ai dans l'objectif de proposer en validation un texte aux petits oignons. Je fais donc appel à votre bonté sans limite pour dénicher le moindre pépin, que ce soit à propos du fond ou de la forme. Vous pourrez consulter la bêta à votre guise à l'adresse suivante :

Merci !

EDIT: je classe cet article en tant que "tutoriel" et non article, car j'ai envie de le voir référencé dans la liste des tutoriels de physique. En effet la section "article" du site ressemble plus à un système de news (pas de classification).

Je ne suis pas physicien, et j'ai tâché de vulgariser ce que je croyais comprendre de la chose. Aussi j'apprécierais grandement l'avis d'un physicien expérimenté ou de quiconque qui pense détenir une autorité en la matière.

Je vous remercie d'avance pour votre relecture !

Aussi j'apprécierais grandement l'avis d'un physicien expérimenté

Invocation réussie !

Je classe cet article en tant que "tutoriel" et non article, car j'ai envie de le voir référencé dans la liste des tutoriels de physique.

Tu fais bien, on a besoin de tutos "de base".

Sur ce, je rédige en cours de lecture,

Vous l'avez surement appris lors de votre cours de physique : l'énergie se conserve.

Dans un système isolé.

Mais pourquoi diable fait-elle ça ? Comment peut-on en être si sûrs ? Pourrait-il lui prendre l'envie, un jour, de ne pas se conserver ?

Un peu HS, mais j'ai très envie de rentrer dans des considérations théoriques : citons wikipédia

Il est équivalent de dire que l'énergie d'une système isolé se conserve et de dire que les lois de la physique reste identiques au cours du temps dans le système. Je doit pouvoir trouver une source plus fiable si tu veux, mais ça correspond effectivement à de vieux souvenir.

(niveau première et terminale S)

Gros débat pour savoir comment nommer les classes puisque ZdS est francophone et non français. Il est préférable de situer en année avant/après le bac, à peu près commun partout. Ici, bac/bac-1.

Un problème intéressant

il est probablement capable de faire beaucoup de dégâts.

Rien à voir avec l'énergie. C'est dû à la puissance. D'ailleurs, si le véhicule décélère en 10 minutes, il n'y aura aucun dégât, s'il se prend un mur, il décélère en très peu de temps, d'où forte puissance, d'où dégâts.

Il est à peu près à 300 mètres d'altitude.

Par rapport au sol (là, c'est peut-être implicite, mais puisqu'il s'agit de vulgariser la notion très relative d'énergie, je pense que c'est mieux).

l'énergie nucléaire

Je la rangerai plutôt dans la catégorie potentielle.

De manière générale, il y a un truc qui me gène beaucoup dans cette présentation : l'énergie n'est rien en soit. Si je te dit qu'un système a 100 J, la première question à poser est « par rapport à quoi ? ». or ça, tu ne le dis nulle part. Ce 240 000 J, c'est l'énergie par rapport à la voiture au repos, par rapport au bonhomme en bas… pas l'énergie tout court.

Le cas de l'énergie potentielle

Il a donc acquis de l'énergie.

C'est un système isolé, tu n'as pas le droit de dire ça.

On a donc inventé une énergie et on l'a nommé énergie potentielle pour que l'on puisse dire que l'énergie cinétique du lustre vienne de quelque part. Puis on a construit une nouvelle formule pour que

C'est plus on a défini l'énergie tel que…. Si tu ignores les énergies potentiels, tu perds la conservation et le concept d'énergie n'a que peu d'intérêt. Je ferai presque la raisonnement à l'envers : l'énergie se conserve, or il y a apparition d'une énergie cinétique, donc il y avait une autre énergie à la base.

Mais il faut bien comprendre que ce n'est qu'un artifice de calcul. Cette énergie potentielle n'a rien de réel : vous ne pouvez pas faire la différence entre un lustre situé à 3 mètres de hauteur et un lustre situé au ras du sol. Ils sont identiques.

Propos philosophique, mais pour moi, cette énergie est bien réel. C'est le concept même d'énergie qui fait que ce qui importe est une variation de hauteur. D'ailleurs, il en va de même pour la vitesse : nous nous déplaçons à une vitesse gigantesque par rapport au centre de la galaxie, pourtant, l'énergie associé à ce déplacement est tout aussi imperceptible que l'énergie potentielle. L'énergie cinétique se calcule dans un référentiel et est, elle aussi, relative.

Ce n'est pas un artifice, c'est la réalité du concept d'énergie.

Cela balaie d'ailleurs la remarque qui suit au début de la partie suivante.

L'énergie : une invention bien pratique

Ainsi l'énergie est une pure invention du physicien. Elle n'est pas << concrète >>. Elle peut correspondre à quelque chose de concret, mais en elle même elle n'est rien.

Certes, mais la variation d'énergie est, elle, vachement concrète.

L'énergie en elle-même n'étant pas observable ou mesurable

Parce que l'énergie n'est pas un concept sympathique. La variation d'énergie… Bref, je pense que tu vois où je veux en venir. Ces considérations ne font plus sens quand on travaille avec les bons outils.

En revanche vous ne pouvez pas mesurer l'énergie, car vous ne pouvez la comparer à rien.

L'énergie se mesure en kg.m²s^-2, soit des "grains de sable x doigts ² / sablier ²". C'est un peu abstrait, mais le concept de force, très observable lui, s'exprime en kg.m.s^-2. C'est guère plus claire. Je dirai donc que ça n'a pas de rapport.

Cerise sur le gateau : un univers imaginaire et le théorème de Noether

Elle n'est pas une caractéristique intrinsèque de l'objet.

Elle est caractéristique du système.

J'aime pas trop ta présentation avec le lustre, car tu triches en ne considérant que le lustre alors qu'il ne s'agit pas d'un système isolé, mais n'ai rien à dire sur la suite.

En somme

Je ne suis pas vraiment d'accord avec ta vision de l'énergie. De nombreuses interrogations et trucs qui semblent de prime abord étranges ou artificielles disparaissent dès que l'on parle de variation d'énergie plutôt que d'énergie. Or, c'est ce concept qui est utilisé en pratique (souvent de manière implicite), et c'est ce concept qui est mesurable. D'ailleurs, il en est de même pour la vitesse, qui n'a aucun sens dans l'absolue (il n'existe pas de référentiel privilégiée), et ça ne choque plus personne.

J'ai assez détaillé au fur et à mesure, donc je ne vais pas plus insister, mais c'est pour moi le seul problème du tuto.

Merci de ta réponse, je vais prendre en compte tes remarques.

Dans un système isolé.

Je complète !

Je la rangerai plutôt dans la catégorie potentielle.

Je suis d'accord.

Gros débat pour savoir comment nommer les classes puisque ZdS est francophone et non français. Il est préférable de situer en année avant/après le bac, à peu près commun partout. Ici, bac/bac-1.

Très bien !

Rien à voir avec l'énergie. C'est dû à la puissance. D'ailleurs, si le véhicule décélère en 10 minutes, il n'y aura aucun dégât, s'il se prend un mur, il décélère en très peu de temps, d'où forte puissance, d'où dégâts.

Je suis d'accord avec toi, une fois encore.
Ce qui m'a amené à écrire ça, c'est une volonté de vulgarisation.
En écrivant ce tutoriel j'essaie de répondre à des questions que je m'étais posé étant plus jeune.
À l'époque ma seule compréhension de l'énergie se limitait à ce qui était observable.
J'ai cru bien faire en associant la compréhension naïve et instinctive de l'énergie sous forme de "puissance" (au sens non physique du terme). J'espère que tu vois de quoi je veux parler, le sens que revête le mot dans l'imaginaire collectif (qui n'est pas physicien).

C'est un système isolé, tu n'as pas le droit de dire ça.

Comment amener le raisonnement sur la nécessité d'existence de l'énergie potentielle ? EDIT : à l'envers as-tu suggéré. C'est une histoire de goût.

De manière générale, il y a un truc qui me gène beaucoup dans cette présentation : l'énergie n'est rien en soit. Si je te dit qu'un système a 100 J, la première question à poser est « par rapport à quoi ? ». or ça, tu ne le dis nulle part. Ce 240 000 J, c'est l'énergie par rapport à la voiture au repos, par rapport au bonhomme en bas… pas l'énergie tout court.

Je peux préciser, si tu penses que ça ne nuit pas à la vulgarisation.

Tu fais ensuite plusieurs remarques pertinentes dans "L'énergie : une invention bien pratique" sur l'aspect non observable de l'énergie.
C'est en effet une position philosophique. L'enjeu de ce paragraphe, pour moi, c'est de faire comprendre que les deux photos de lustre de la partie suivantes sont identiques.
Et donc de pouvoir affirmer que :

Elle n'est pas une caractéristique intrinsèque de l'objet.

Si tu trouves cette position gênante, j'accepte tes suggestions pour faire comprendre le concept.

Je suis d'accord avec toi que dans la réalité on ne considère que les variations, et qu'avec les bons outils comme tu dis (j'imagine que tu parles de l'étude des différence avec les $\delta$ dans les notations, qu'on devrait en effet utiliser partout en toute rigueur même si on ne le fait pas toujours). En ce qui me concerne j'ai également mis du temps à le comprendre.
J'essaie donc de faire passer le message au lecteur.

J'aime pas trop ta présentation avec le lustre, car tu triches en ne considérant que le lustre alors qu'il ne s'agit pas d'un système isolé, mais n'ai rien à dire sur la suite.

Cela gêne l'approche pédagogique ou induit une contradiction interne, ou alors ça peut suffire ?

c'est ce concept qui est mesurable

Il se peut qu'on ait pas la même définition de ce qui est mesurable.
Pour moi l'énergie n'est pas une caractéristique pertinente d'un système isolé. Tu n'as pas besoin de connaître son énergie pour tout connaître sur le système.
C'est l'absence d'étalon et le fait qu'on soit contraint de passer par des formules intermédiaires. Tu pourrais objecter avec raison que c'est le cas d'un grand nombre d'autres grandeurs physiques.

J'ai assez détaillé au fur et à mesure, donc je ne vais pas plus insister, mais c'est pour moi le seul problème du tuto.

C'est néanmoins assez grave en ce sens que c'est sensé être le propos central.
Je ne pourrais donc rien publier sans que ce soit réglé.

Je m'interroge toujours sur la manière d'amener ces différentes notions au lecteur.

Quant aux questions, il se peut qu'elles te paraissent absurdes, mais je me les étais posés et je m'étais imaginé que c'était là une manière d'y répondre.

Donc voici les difficultés à dépasser :

• L'énergie n'est pas une donnée absolue : ça tu viens de me faire comprendre qu'il faut que j'en parle, puisque ça rend caduque un certain nombre de questions
• L'énergie n'est pas "concrète" : position philosophique en effet, que je peux retirer. Néanmoins j'en ai besoin pour parler de mes deux photos identiques. Comment concilier les deux ?
• La triche avec le lustre qui n'est pas un système isolé : là tu me mets carrément dans la détresse car je n'ai aucune solution de rechange !

Un problème du tutoriel est qu'il ne répond pas à la question posée dans le titre. Il parle surtout de la conservation de l'énergie, plus que de ce qu'elle est. Dire que l'énergie est une quantité conservée n'est pas en soi suffisant : l'impulsion se conserve aussi dans un système isolé, ce n'en est pas moins un concept différent de celui d'énergie.

De même, partir du principe que le lecteur connait les notions d'énergie cinétique et potentielle pour introduire ce qu'est l'énergie est un peu bizarre, alors que cela convient pour un cours sur la conservation de l'énergie. Tu utilise notamment les formules mhz et autres, alors que tu introduis l'énergie potentielle par la suite, ce qui est un problème. Le premier paragraphe montre que l'énergie est sous diverses formes, mais tu ne poursuit en ne parlant que peu des transformations entre formes d'énergie. Le fait que tu n'ai pas posé de classification des formes d'énergie est en soi quelque chose qui n'aide pas face à cette situation.

Ensuite, la notion d'énergie potentielle n'a pas été inventée. Celle-ci découle du fait que certains champs (gravité et électrostatiques, pour les plus importants) sont conservatifs, ce qui permet de définir un potentiel. Le reste, la définition de l'énergie potentielle, suit. Ce n'est donc pas qu'un artefact de calcul. Et tout cela permet de donner une définition propre de l'énergie mécanique. Le fait que l'énergie se conserve provient alors simplement du fait que toute forme d'énergie est soit une manifestation macroscopique d'une énergie mécanique microscopique, qui ne peut que se conserver.

Je serais toi, je me concentrerais sur le théorème de Noether pour "démontrer" la conservation de l'énergie, pour compléter avec un cours à part sur ce qu'est l'énergie. Ce dernier cours devrait d'abord définir l'énergie cinétique, potentielle et mécanique, avant de parler des autres formes d'énergies comme autant de manifestation d'une énergie mécanique microscopique/macroscopique. Reste à bien introduire cette classification des formes d'énergie. Et à dire que l'énergie est une valeur relative et que l'on ne peut mesurer que ses variations (cela se fait parfaitement bien en partant des définitions de l'énergie cinétique et potentielle).

Merci de ta réponse,

Reste à bien introduire cette classification des formes d'énergie.

J'avais commencé à écrire une partie là dessus mais je m'étais perdu dans une liste insipide et sans intérêt, si bien que je l'ai supprimée. Pour moi ce n'est pas pertinent. D2finir l'énergie, ce n'est pas donner une liste, car des énergies je peux en trouver plein. Et elles dérivent toutes des champs associés aux forces fondamentales (il suffit de regarder d'assez près), donc la liste serait soit très courte et exhaustive (mais peu éclairante), soit très longue et non exhaustive (et pas plus éclairante).

Un problème du tutoriel est qu'il ne répond pas à la question posée dans le titre. Il parle surtout de la conservation de l'énergie, plus que de ce qu'elle est. Dire que l'énergie est une quantité conservée n'est pas en soi suffisant : l'impulsion se conserve aussi dans un système isolé, ce n'en est pas moins un concept différent de celui d'énergie.

Pour moi c'est suffisant. L'impulsion se conserve en effet, mais elle correspond à l'invariance des lois par une autre symétrie, il n'est donc pas étonnant que les deux notions soient différentes.

De même, partir du principe que le lecteur connait les notions d'énergie cinétique et potentielle pour introduire ce qu'est l'énergie est un peu bizarre, alors que cela convient pour un cours sur la conservation de l'énergie.

Je ne vois pas comment séparer le cours "Qu'est-ce que l'énergie ?" de celui qui parle de sa conservation, car pour moi le fait qu'elle se conserve (et le sens de cette conservation) sont justement la réponse.

Ce qui m'a amené à écrire ça, c'est une volonté de vulgarisation.
En écrivant ce tutoriel j'essaie de répondre à des questions que je m'étais posé étant plus jeune.
À l'époque ma seule compréhension de l'énergie se limitait à ce qui était observable.
J'ai cru bien faire en associant la compréhension naïve et instinctive de l'énergie sous forme de "puissance" (au sens non physique du terme). J'espère que tu vois de quoi je veux parler, le sens que revête le mot dans l'imaginaire collectif (qui n'est pas physicien).

La vulgarisation, c'est bien. Il faut effectivement simplifier, mais dire des trucs faux, c'est gênant.

On peut trouver plein de cas de systèmes très énergétique, et peu puissant, et réciproquement.

De manière générale, il y a un truc qui me gène beaucoup dans cette présentation : l'énergie n'est rien en soit. Si je te dit qu'un système a 100 J, la première question à poser est « par rapport à quoi ? ». or ça, tu ne le dis nulle part. Ce 240 000 J, c'est l'énergie par rapport à la voiture au repos, par rapport au bonhomme en bas… pas l'énergie tout court.

Je peux préciser, si tu penses que ça ne nuit pas à la vulgarisation.

Je dirai que c'est même le contraire. L'une des grosses difficultés avec l'énergie,c'est que seuls les deltas comptent. Une fois que tu as fait passé ça et la conservation, c'est gagné.

Elle n'est pas une caractéristique intrinsèque de l'objet.

Si tu trouves cette position gênante, j'accepte tes suggestions pour faire comprendre le concept.

En fait, après réflexion, c'est tout simplement faux. Donner de l'énergie à un objet augmente sa masse (un objet rapide a une plus grande masse par exemple). Donc, si tu augmentes magiquement l'énergie d'un objet, sa masse va augmenter, et donc il réagira différemment.

Quant aux questions, il se peut qu'elles te paraissent absurdes, mais je me les étais posés et je m'étais imaginé que c'était là une manière d'y répondre.

Elles ne sont pas absurdes à poser (car on se les pose, donc il faut y répondre), mais pour pas mal d'entre elles, dire que l'énergie ne sert à rien et que seuls les variations comptent suffit.

L'idée doit ne pas être si dure à faire passer en faisant une analogie avec les vitesses. Quelle est la vitesse d'une pomme qui tombe ? Quelques m/s depuis le sol, quelques centaines de km/s car elle tourne autour du Soleil, nulle dans le référentiel de la pomme ? Il n'y a pas de bonne réponse, il faut avant tout choisir un référentiel. Pareil pour l'énergie, il faut fixer un zéro, dire qu'un système en particulier sera arbitrairement considéré comme le 0. Par exemple, le lustre sur le sol avec une vitesse nulle.

De là, c'est gagné : si tu demandes à quelqu'un de remonter le lustre, on est tous d'accord pour dire qu'il va devoir fournir de l'énergie, stoquée sous forme potentiel (et tu la sens si le lustre est lourd, ce n'est pas du tout une invention ). Et si tu le refais tomber, tu peux estimer sa vitesse au sol.

La triche avec le lustre qui n'est pas un système isolé : là tu me mets carrément dans la détresse car je n'ai aucune solution de rechange !

Pour la dernière partie, triche plus subtilement. Considère ton système lustre + Terre, fixe ton 0 par le lustre posé au sol, puis place ton lustre à 3 mètre et ajoute lui de l'énergie magique (pas potentiel, ça voudrait dire modifier la Terre, c'est surtout ça qui me gène, juste de l'énergie magique en plus — qui au passage est mesurable car elle modifie d'un chouia la masse de ton lustre). Qu'en faire ? Si les lois sont inchangées, ton 0 n'est plus un 0. Donc il faut changer les lois pour que la chute de 3 mètres accélère le lustre plus qu'il devrait l'être. Réciproquement, on imagine bien que si le champ d'attraction de la Terre $g$ devenait magiquement deux fois plus grand, monter les escaliers serait plus dure, car il faudrait fournir plus d'énergie. Donc quelqu'un en hauteur aurait gagné de l'énergie par magie, sans respect de la conservation.

Ça ne me vient à l'esprit que maintenant, mais tu as réussi à parler d'énergie sans parler de force, je ne sais pas si c'est bien ou pas.

De même, partir du principe que le lecteur connait les notions d'énergie cinétique et potentielle pour introduire ce qu'est l'énergie est un peu bizarre, alors que cela convient pour un cours sur la conservation de l'énergie.

+1

Ensuite, la notion d'énergie potentielle n'a pas été inventée. Celle-ci découle du fait que certains champs (gravité et électrostatiques, pour les plus importants) sont conservatifs, ce qui permet de définir un potentiel. Le reste, la définition de l'énergie potentielle, suit. Ce n'est donc pas qu'un artefact de calcul.

+1

Je ne vois pas comment séparer le cours "Qu'est-ce que l'énergie ?" de celui qui parle de sa conservation, car pour moi le fait qu'elle se conserve (et le sens de cette conservation) sont justement la réponse.

Pour moi c'est suffisant. L'impulsion se conserve en effet, mais elle correspond à l'invariance des lois par une autre symétrie, il n'est donc pas étonnant que les deux notions soient différentes.

Quand je vois ça, il me semble compliquer (pas impossible) de viser un niveau lycéen. Tu tombes dans des considérations très théoriques. Je pense aussi que c'est une bonne idée soit de ne parler que de la conservation, soit de partir du principe que le lecteur ne connait que très mal ce qu'est une énergie potentielle ou cinétique.

Je vais réécrire le tuto en prenant en compte toutes tes remarques, merci pour ton aide !

Je vais donc, comme vous semblez le suggérer, introduire et expliquer les notions d'énergie cinétique et d'énergie potentielle avant de les utiliser.

Je mettrais l'accent sur l'énoncé exact du principe de conservation, ainsi que sur le fait que la seule chose réellement considérée est la variation et non la valeur elle même.

Je vais également essayer d'adapter ton exemple avec "énergie magique".

Ça ne me vient à l'esprit que maintenant, mais tu as réussi à parler d'énergie sans parler de force, je ne sais pas si c'est bien ou pas.

Je ne saurais pas dire non plus si c'est bien ou pas, mais j'ai en effet des réticences à parler de force. La raison à cela est que j'ai encore plus de mal à conceptualiser précisément ce qu'est une force. C'est pourtant tout le terme de droite de la seconde loi de Newton, mais il ne me donne l'impression d'être présent que pour relier cause et conséquence.
On observe un mouvement, dû au petit $a$ de $ma=F$, et on se dit alors : si l'objet est en mouvement (conséquence), c'est que quelque chose l'a mis en mouvement, cherchons quoi (cause) ! Et puis ce serait bien de coller une valeur sur ce truc, car cela nous permettrait alors de faire des prédictions : je pourrais déduire l'accélération que subira un autre objet même s'il possède une masse différente, etc… mais que l'on puisse désigner sous le terme de "force" un agrégat de choses aussi différentes que des frottements, l'action d'une main qui pousse ou encore l'effet de la gravité, ça me dérange un peu. L'ensemble ressemble à un gros gloubiboulga.

Heureusement le problème disparaît si on ne considère que des particules à échelle atomique : là les seules forces qui interviennent sont forces fondamentales et elles sont conservatives. On peut alors "remonter" au macroscopique et admettre que le résultat reste le même, et que ce n'est effectivement pas absurde de mettre des trucs dans le terme de droite de la RFD, même s'ils semblent n'avoir aucun point commun (en terme de nature).

Quand je vois ça, il me semble compliquer (pas impossible) de viser un niveau lycéen. Tu tombes dans des considérations très théoriques. Je pense aussi que c'est une bonne idée soit de ne parler que de la conservation, soit de partir du principe que le lecteur ne connait que très mal ce qu'est une énergie potentielle ou cinétique.

En effet, même si peu de prérequis mathématiques sont requis ce tuto concerne plus une réflexion de fond sur la conservation de l'énergie qu'une initiation à son concept.

Ensuite, la notion d'énergie potentielle n'a pas été inventée. Celle-ci découle du fait que certains champs (gravité et électrostatiques, pour les plus importants) sont conservatifs, ce qui permet de définir un potentiel. Le reste, la définition de l'énergie potentielle, suit. Ce n'est donc pas qu'un artefact de calcul.

Définir un potentiel, n'est-ce pas, en soit, un artefact de calcul ? Quand on considère une différence de potentiel, on regarde les extrémités du chemin plutôt que de regarder le chemin lui même (ce qu'on fait lorsqu'on intègre $F\centerdot dl$).

Je tacherais d'ajouter des considérations sur les champs et forces conservatives. Mais je pense que j'abandonnerais alors le niveau lycéen définitivement, je ne me sens pas capable de leur expliquer ça pour l'instant.

EDIT:

En fait, après réflexion, c'est tout simplement faux. Donner de l'énergie à un objet augmente sa masse (un objet rapide a une plus grande masse par exemple). Donc, si tu augmentes magiquement l'énergie d'un objet, sa masse va augmenter, et donc il réagira différemment.

Cela m'amène à un autre paradoxe : si on prend un objet et qu'on le soulève, sa masse augmente, puisque son énergie potentielle augmente ?
Autre chose : la masse dépend du référentiel choisi ? J'ai toujours cru qu'elle était absolue. Si je vois une voiture aller très très vite elle a une masse très élevée, mais si je suis moi même dans une voiture à côté qui roule à la même vitesse dans mon référentiel sa vitesse est nulle, et donc sa masse n'a pas augmentée ! C'est normal ?

EDIT 2 : je crois avoir une réponse à ma seconde question. La seule masse absolue est la masse "au repos" $m_0$ ? Et donc le paradoxe disparaît car toute masse additionnelle dû à la vitesse (ou n'importe quoi d'autre) ne dépend que du référentiel choisi, et lorsqu'on fait les différences on trouve toujours le bon résultat. Ainsi lorsque je vais très vite à la même vitesse que l'autre voiture, je vois bien sa masse au repos $m_0$ mais par rapport à un observateur immobile resté au bord de la route on a tout les deux une masse plus importante, multiplié par $\gamma$ qui n'est fonction que de notre vitesse par rapport à l'observateur ?

En même temps, ton cours est déjà loin d'un niveau de lycéen scientifique actuel. De mémoire, on ne voit les forces qu'en terminale S, avec un programme tellement chargé qu'il ne laisse pas le temps d'acquérir ces notions. Quand tu as l'étude des ondes, les chapitres sur la mécanique Newtonienne, de la physique quantique et de la relativité, dans la même année avec des horaires faméliques, tu ne peux pas faire de miracles. Ou alors les programmes ont changés depuis, mais c'était cela quand j'ai regardé cette année.

Si tu veux vraiment faire quelque chose pour les lycéens, repart de zéro, en supposant connue uniquement la notion de force.

Et pour ton EDIT : Augmenter l'énergie d'un objet n'augmente pas sa masse, qui est strictement invariante selon le référentiel.

J'aime beaucoup le ton du tutoriel. Merci de t'être lancé dans sa rédaction.

+1, c'est vraiment essentiel de parler de variation d'énergie.

+1. Je ne sais pas si tu as envie d'en parler dans ce tutoriel, mais au moins éviter de dire que ça sort de nulle part.

Autre remarque : lorsque tu écris des formules avec m, v, P, t, g ou z, précise au moins une fois ce dont il s'agit.

Je comprends ce que tu veux dire. Une pensée quand même pour tous les scientifiques qui, en voyant le résultat de leur calcul/expérience/autre, se sont écriés d'une voix désespérée : "mais d'où est-ce que ça sort ce truc" ?

Je ne sais pas si j'ai bien compris. Tu pourrais détailler ?

Cette liste-là, je veux bien la voir !

En tout cas, je ne peux que t'encourager à continuer. C'est un super sujet et tes efforts pour vulgariser sont très appréciables.

Je ne sais pas si j'ai bien compris. Tu pourrais détailler ?

Je veux dire par là que si tu connais la position, la vitesse, l'accélération de tous les atomes, de tous les électrons, la température, etc… tu n'as pas besoin de connaître en plus l'énergie, car elle peut se déduire de toutes les autres informations.
Mais ce n'est pas tout à fait l'avis de Gabbro, qui remarque si bien :

Elle n'est pas une caractéristique intrinsèque de l'objet.
Moi

Elle est caractéristique du système.
Gabbro

Merci de tes encouragements, je suis ravi que ce que j'ai pu écrie ait pu servir à au moins une personne.

Cette liste-là, je veux bien la voir !

Une réponse possible.

Chouette tuto, j'aime bien l'approche. Je trouverai dommage que tu abandonnes l'accessibilité aux lycéens alors que le tuto est bien expliqué et accessible, il manquerait juste l'explication des énergie potentielles et cinétiques au début.

Il faut bien que l'énergie cinétique du lustre vienne de quelque part.
On a donc inventé une énergie et on l'a nommé énergie potentielle pour que l'on puisse dire que l'énergie cinétique du lustre vienne de quelque part.

C'est plutôt l'énergie cinétique qu'on a inventé à partir de l'énergie potentielle. Parce que justement l'énergie potentielle ne vient pas de nulle part, il a fallu que quelqu'un exerce une force pour l'amener en hauteur.
Tu ne peux pas dire que l'énergie potentielle "n'a rien de réel", parce qu'il faut fournir un travail pour la créer.

D'ailleurs il manque une notion qui permet de rendre concret l'énergie : l'énergie représente la capacité d'un objet à fournir un travail.

On a d'abord vu qu'a travers un système de levier, poulie, bascule… on pouvait, à partir d'une masse m à une hauteur z, soulever une autre masse m à une hauteur z, ou une masse 2m à une hauteur z/2, une masse 3m à une hauteur z/3… Ils possèdent donc tous quelque chose qui est égal, et qu'ils se transmettent. Ce sera E=mgz, qui est égal au travail à fournir pour l'amener en hauteur.
Cette quantité se transmet par l'intermédiaire de la vitesse => énergie cinétique, qui produit aussi du travail.

Mais un gaz chauffé pousse un piston, donc fournit du travail => la chaleur est une énergie (équivalence chaleur-travail de Joule)

Mais la chaleur est obtenue par combustion de charbon => énergie chimique (qui permet au final de produire un travail)

Raisonnement identique pour l'électricité, le nucléaire....

Ca permettrait de répondre au commentaire de Mewtow : "Un problème du tutoriel est qu'il ne répond pas à la question posée dans le titre."

+1

Et il est possible d'ajouter dans la même idée mais dans l'autre sens que si un système évolue dans le temps (cad : n'est pas stationnaire) alors il y a des échanges d’énergie. Elle est donc intimement liée à l’évolution d'un système. Sans énergie "échangeable" pas d’évolution.

C'est ce qui différencie l’énergie des autres invariants de la physique, elle n'est pas juste un invariant ! Elle régit l’évolution du monde (cf mécanique analytique)

Bonjour,

La bêta du contenu « Qu'est-ce que l'énergie ? » a été désactivée.

EDIT: c'est reparti !

Oyez oyez les agrumes !

Je vous annonce avec plaisir la ré-ouverture de la bêta du contenu « Qu'est-ce que l'énergie ? » ! Je vous souhaite une agréable lecture à l'adresse suivante :

Merci pour votre participation.

EDIT : j'ai repris la totalité du tutoriel. Il est loin d'être fini, mais je vous propose déjà cette première mouture avant décrire la suite. Dîtes moi si vous êtes d'accord avec le ton et le propos.

J'ai tenu compte de vos remarques et je vais tâcher de donner un sens concret à l'énergie. En particulier j'introduis la notion de travail. Je la lie au mouvement et je termine par l'énergie cinétique.

L'objectif est ensuite de sortir la définition proposée par Looping. Suite à cela je pourrais montrer qu'elle existe sous différentes formes (un bref inventaire sera fait, Mewtow si tu m'entends), y compris l'énergie potentielle. Je parlerais du fait qu'elle s'échange, donc qu'on ne considère que les différences. Je donnerais également le principe de conservation.

Cela doit donner un sens concret à l'énergie, l'introduire sur des considérations naturelles (le travail) pour faire passer la définition en douceur.

Mes démonstrations ne sont pas rigoureuses, mais c'est volontaire. Je préfère une approche simple et limpide. La définition du travail n'est pas exact, mais je repousse autant que possible sa formulation sous forme intégrale ou infinitésimale qui fait intervenir un produit scalaire. Ma priorité est de familiariser avec le concept avant de complexifier les mathématiques (je reste sur le niveau lycéen tant que c'est possible quoi).

Salut,
A mon avis, les calculs arrivent beaucoup trop tôt. On n'a pas une idée précise de ce qu'est l'énergie que déjà on la calcule. Pour moi, savoir qu'elle dépend de la vitesse ou de son carré est secondaire par rapport à la question de base "Qu'est-ce que l'énergie".

La trame de ton premier jet était bien, c'était surtout le fait de dire "l'énergie n'est rien, c'est juste un artifice mathématique" qui était discuté.

Je viens de lire en diagonale, et je crains fort que tu perdes l'objectif principal de ton tuto : parler d’énergie. Un copier-coller me donne près de 6 pages, et pourtant sitôt l'intro passée, le mot énergie n'apparait plus ! Je ne sais pas ce qu'en pense les autres gens ayant lu la première version, mais j'ai l'impression que tu pars vraiment trop loin.

Salut,

Je prends des nouvelles, tu travailles toujours là-dessus ?

En lisant en travers, je rejoins un peu Gabbro, on sait pas trop où on va.

Je trouve tout de même que partir sur le lien énergie cinétique/travail est une bonne idée. Et je sais pas trop comment tu vois ton tutoriel, mais un axe intéressant peut être de démontrer que toutes les énergies sont bien la même chose, indépendamment de leur nature (thermique, électrique, mécanique, chimique …). C'est quelque chose qui ne m'a pas été enseigné, et que je lirai avec plaisir.

Salut Aabu !

J'avais laissé la rédaction en suspens, en effet, et je reprendrais sous peu.

En effet l'ensemble est un peu fouillis, je vous l'accorde. Je pense que c'est imputable au fait que j'ai commencé à rédiger sans savoir ce que je voulais dire exactement.

J'étais parti sur la notion de travail et d'énergie cinétique comme approche pédagogique, telle que suggéré par d'autres. Mais je me suis perdu en route en détaillant trop de calculs et raisonnements superflus (pas inintéressants en soit mais qui auraient eu leur place ailleurs).

Je pense donc que je vais revenir à la formule initiale, avec l'évocation du théorème de Noether des symétries.

Salut Algue-Rythme,

Que devient ce tuto ? C'est encore en projet, as-tu repris l'écriture ou est-ce encore en suspens ?

Si tu as besoin de quoi que ce soit (relecture, conseil…), n'hésite pas.

Salut,

Je me permet de totalement copier Gabbro.

Que devient ce tuto ? C’est encore en projet, as-tu repris l’écriture ou est-ce encore en suspens ?

Si tu as besoin de quoi que ce soit (relecture, conseil…), n’hésite pas.

J’ajoute aussi que je pense que ce sujet est intéressant, et que trouver la meilleure approche ne sera pas forcément facile (j’en ai fait les frais une fois, le concept final était très différent du point de départ). Quoi qu’il en soit, mets tes mises à jour ou tes réflexions en bêta pour qu’on puisse en discuter !