Bonjour

Voici un exercice moins facile que le précédent je crois.

Enoncé : Expliquez quantitativement pourquoi et comment les frottements dans une machine en mouvement produisent de la chaleur. Expliquez également, si vous le pouvez, pourquoi la chaleur ne peut provoquer un mouvement utilisable par le processus inverse.
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Ma réponse : L'état de surface d'un objet est toujours plus ou moins rugueux, sa surface vue au microscope comporte des pics et des creux de matière. Même sur une pièce métallique de machine tournante, la hauteur des pics et des creux n'est jamais nulle, elle varie selon l'état de finition entre quelque dizaines de nm et quelques dizaines de µm. Ainsi, lorsque l'on fait glisser deux surfaces l'une sur l'autre, les pics de matière d'une surface heurtent ceux de l'autre surface et se déforment ou même se brisent (c'est l'usure).

Or lorsque l'on rompt un objet ou qu'on le déforme, on brise des liens intermoléculaires. Au niveau atomique, les forces qui brisent ces liens entraînent une augmentation des vibrations des molécules concernées et de leurs  voisines : le corps s'échauffe localement.

L'analyse au niveau moléculaire de toutes ces forces prises individuellement est extrêmement complexe (et même impossible), mais on peut, grâce au principe de conservation de l'énergie, se faire une idée de l'échauffement des objets en affirmant que travail de la force extérieure qui vainc le frottement est transformée en chaleur dans les deux surfaces en contact.

Ainsi, si l'on pousse un objet sur un autre avec une force F parallèle à la surface de contact (supposée horizontale) sur une distance d, l'énergie thermique transmise aux objets est W = F . d

Le processus inverse ne fonctionne évidemment pas : si on pose les objets l'un sur l'autre, celui du dessus ne va pas avancer tout seul. Les vibrations moléculaires des deux objets en contact se transmettent bien de l'un à l'autre (ce qui entraîne l'équilibre thermique) mais comme les vibrations sont totalement asynchrones et orientées n'importe comment, elle ne peuvent pas créer un déplacement des objets.

Q'uen dites-vous ?