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Version du 15 décembre 2014 à 11:06

Travail (au sens physique)

Le travail, au sens physique, est le produit d'une force et d'une longueur. La longueur est celle du déplacement dans la direction de la force.

Intuitivement, on peut grossièrement illustrer le concept par le portage d'un sac à dos en montée. (grossièrement car il y a en sous-jacent tous les problèmes de frottement).

Si on veut illustrer avec un exemple plus idéal, pensons à une voiture qu'on pousse en montée. (Si on pousse la voiture sur une belle route, bien horizontale (avec un revêtement bien lisse/plan) ... on voit qu'il n'y a pas vraiment d'effort ou de travail fourni. C'est encore plus net si on imagine pousser le véhicule dans une pente descendante. Là aucun travail n'est fourni.)

Le travail d'une force est l'énergie fournie par cette force lorsque son point d'application se déplace (l'objet subissant la force se déplace ou se déforme). Il est responsable de la variation de l'énergie cinétique du système qui subit cette force. Si par exemple on pousse une voiture, le travail de la poussée est l'énergie produite par cette poussée. Cette notion avec ce nom fut introduite par Gaspard-Gustave Coriolis1. Le travail est exprimé en joules (J), et est souvent noté W, initiale du mot anglais Work qui signifie travail. (http://fr.wikipedia.org/wiki/Travail_d%27une_force)

Dans la définition physique, on parle bien de travail si et seulement si celui-ci modifie l'énergie (cinétique) de l'objet auquel s'applique ce travail. Il y a une sorte d'échange. En fait c'est plus qu'un échange, le travail est une énergie.


Dimensions

F = masse x accélération = Kg x m / s2

W = F x longueur = F x m = Kg x (m/s)2

  • Le joule n'est pas une unité fondamentale. C'est un raccourci pour condenser une combinaison de dimensions fondamentales.


Attention de ne pas confondre poids et masse. La masse s'exprime en kilos. Le poids s'exprime en newtons. Et poids = masse x g (où g est l'accélération due à la pesanteur, ie 9.81m/s2)

En fait, le poids est une force. La force exercée par la masse dans son champ de gravité.


Histoire

Le père du concept est a priori Coriolis. Mais Navier et Poncelet sont parfois aussi crédités, eg par F. Vatin.



L’élément marquant de cette période de la vie de Coriolis est sa réflexion sur les machines, qui se traduit en août 1826 par une note synthétique de huit pages à l’Académie, et en juillet 1829 par la publication d’un ouvrage austère, complexe et volumineux, le Calcul de l’effet des machines. C’est l’œuvre majeure qu’il publie dans ce domaine, son premier ouvrage, alors qu’il est déjà âgé de trente-six ans. La principale innovation y est la définition de la notion de travail, qu’il est le premier à donner ; il propose aussi de définir une unité pour le travail, « le dynamode » ; il remarque que la notion de force vive devrait s’appliquer à ½mv² et non à mv², afin d’éviter de parler en permanence des « demi-forces vives ». (Thèse Moatti, page 44)

Nous analyserons en détail son mémoire manuscrit de 1826 à l’Académie, car il comporte certains résultats souvent datés à tort de l’ouvrage de 1829 – notamment la définition physique du travail. Malgré sa complexité, mais compte tenu de son importance dans l’œuvre de Coriolis et dans sa carrière à partir de 1830, nous tentons d’analyser le Calcul. Nous examinons aussi, en parallèle, la seconde édition – bien que celle-ci date de 1844, après la mort de Coriolis : sous le nom de Traité de la mécanique des corps solides, elle comporte quelques ajouts par rapport à l’ouvrage de 1829. (Thèse Moatti, page 45)

Je proposerais de donner à la quantité en question le nom de travail. Ce mot ne fera confusion avec aucune autre dénomination mécanique (…) L’idée de force et de chemin y est attachée car on ne dirait pas qu’il y a un travail produit [là] où il y a seulement un effort exercé sur un point immobile comme dans une machine en équilibre. On n’appliquerait pas non plus l’expression de travail à un déplacement sans aucune résistance vaincue. Ce mot me paraît tout à fait propre à désigner la réunion des deux éléments chemin et force. - Coriolis, en 1826 in Thèse Moatti page 64 Attention, Coriolis lui-même parle de travail produit. Effectivement, si appuyer sur un mur (sans le faire bouger) est bien un effort épuisant, ce n'est pas un travail puisque rien n'est produit.



Bibliographie

  • James Joule - Les cahiers de Science et Vie - octobre 1995. Très bon article de François Vatin.
  • Thèse Moatti en pdf



Liens

  • "principe des forces vives" -> voir article F. Vatin p25, encart en bas à droite.


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