Système isolé

[Fisherman1978]

Bonjour,

J'ai un problème avec la définition de système isolé:

- Dans les livres de première S (chapitre principe de conservation de l'énergie), on trouve:
Un système isolé est un système dont l'énergie se conserve.

D'après cette définition, un solide en chute libre est un système isolé.

- Dans les livres de terminale S ( à propos de la conservation de la quantité de mouvement), on trouve:
Un système est dit isolé s'il n'est soumis à aucune action mécanique extérieure.

D'après cette définition, un solide en chute libre n'est pas un système isolé!

J'ai fait des recherches sur internet, j'y trouve les deux définitions, mais je ne vois pas comment faire "coller" les deux....

Merci d'avance pour vos explications..

[Annkurd]

Je me demande si ce n'est pas le choix du système qui cloche...je crois me souvenir que l'on doit choisir , dans le cas du système en chute libre, le système et la terre..de cette façon le poids est une force intérieure...à vérifier

[Célestine]

Bonjour,

Je pense qu'il y a dans les deux descriptions que tu donnes, une définition et une conséquence.

Définition : un système est isolé s'il n'échange ni matière ni énergie (par travail ou chaleur) avec l'extérieur. Conséquence : son énergie se conserve.

Mais un système dont l'énergie se conserve n'est pas forcément isolé. Voir l'exemple que tu donnes de la chute libre. Il faut alors que les échanges avec l'extérieur se fassent à énergie constante (forces conservatives).

[Fisherman1978]

Merci pour les réponses,

Célestine: dans ce cas là, on ne devrait plutôt dire alors:

" Un système isolé est un système soumis uniquement à des forces conservatives"
et non pas
"Un système isolé est un système soumis à aucune force extérieure" et "Un système pseudo-isolé est un système dont les forces se compensent."?


Car si un solide en chute libre est un système isolé, il ne correspond pas à cette définition;

[Célestine]

Mais, sauf erreur de ma part, un système en chute libre n'est pas isolé.

Ce ne serait pas la première fois (ni la dernière d'ailleurs) que les manuels, écrits dans la précipitation, font une erreur.

[Fisherman1978]

Bonjour,

Célestine: Pour la distinction entre définition et conséquence, tu as raison. J'ai mis cela car dans les livres de première, la définition n'est pas donnée, ils utilisent la conséquence pour définir les systèmes isolés.
Pour le solide en chute libre, s'il n'est pas isolé , cela voudrait dire qu'il échange de la matière ou de l’énergie avec l'extérieur, or ce n'est pas le cas.
Pour le manuel, c'est (entre autre) dans l'édition 20145 Hachette, donc pas écrit dans la précipitation...

[physicus]

Un système isolé, en mécanique, est un système qui ne subit aucune action (force) de l'extérieur.
En thermodynamique, on ajoute l’absence d'échange de matière et de rayonnement.

Dans le cas de la chute d'un objet, il subit des forces extérieures (poids, éventuellement frottements) donc il n'est pas isolé.
Comme ces forces travaillent, il y a un échange d'énergie entre le système et l'extérieur.
L'énergie potentielle de pesanteur correspond au travail du poids.
La somme des énergies cinétiques et potentielle sera constante, à condition qu'il n'y ait pas de frottement ( on écrit que d/dt( Ec + Ep) = 0 et on retrouve l'équa diff du mouvement ddt(dx/dt) = - g ).

[Fisherman1978]

Physicus: tu veux dire qu'en thermodynamique aussi, un système isolé ne subit aucune action de l'extérieur?

Dans ce cas, le solide en chute libre n'est pas un système isolé, mais je ne comprends pas pourquoi puisqu'il n' échange pas de matière ou d’énergie avec l'extérieur

[physicus]

En mécanique:
isolé = ne subit pas d'action de l'extérieur, action = forces en mécanique

en thermo, on doit préciser en plus si:
- il y a échange ou non de matière
- échange ou non de travail, c'est à dire si le système est déformé (genre gaz dans un cylindre) et donc qu'une force travaille
- échange de chaleur ( = transfert énergie cinétique au niveau microscopique , ou rayonnement, travail force entre onde électro/particule chargé)

En mécanique
Le système en chute libre n'est pas isolé puisqu'il subit l'action de l'astre qui exerce une force (poids). Son énergie cinétique augmente parce que son altitude décroit et donc il peut recevoir de l'énergie grâce au travail du poids. Comme il n'y a pas d'autres transfert d'énergies (frottements), l'augmentation de l'énergie cinétique correspond à la perte d'énergie potentiel. (Delta Ec = Delta Ep).

Si je lance vers le haut l'objet, le poids a un travail négatif, il retire de l'énergie au système qui ralentit. Puis le travail du poids est positif, il donne de l'énergie, la vitesse augmente.

Il faut bien comprendre que les systèmes échangent de l'énergie que si ils interagissent via des forces qui pourront travailler. C'est vraiment dommage que la notion de travail d'une force ait disparue des programmes car ce concept est vraiment fondamental ...

[Fisherman1978]

Salut Physicus et merci pour ta réponse,
J'y vois un peu plus clairse ( enfin je crois!).
Déjà si le solide en chute libre n'est pas isolé, les deux définitions sont bien compatibles.
Néanmoins, ça me pose encore des problèmes:
- ça veut dire qu'il y a des erreurs grossières dans les manuels à ce sujet
- il va falloir que je trouve une autre façon d'expliquer le principe de conservation de l'énergie aux élèves.... si l’énergie d'un système non isolé peut rester constante, ils vont avoir du mal à comprendre...
- et surtout il y a quand même quelque chose qui ne me convainc pas dans ta réponse: le solide en chute libre reçoit de l’énergie grâce au travail du poids ( ça c'est ok) mais son énergie mécanique totale reste constante.... alors qu'on explique aux élèves que l’énergie d'un solide en chute libre reste constante car il y a un transfert (interne) d'une forme d'énergie à une autre.