Exercice : Quelles sont les actions extérieures qui travaillent ?

Question

Reprenez l'exemple du maître et de son chien ci-dessus, et indiquez quelles sont les actions extérieures qui travaillent et quel est le signe de ce travail. On supposera qu'il n'y a pas de vent.

Indice

Faites le produit scalaire de chaque force extérieure par son vecteur déplacement... et pour la pression, utilisez la relation \[\delta W=-{P}_{\mathrm{ext}}dV\]

Solution

Comme système, nous considérons comme précédemment l'ensemble {maître, laisse, chien}. Pour pouvoir calculer un travail il faut définir précisément le début et la fin de la transformation. Nous choisissons comme début de la transformation le moment où le maître et son chien quittent leur maison, et comme fin le moment où ils y retournent.

  • Le travail du poids de l'ensemble du système s'écrit : \[{W}_{\mathrm{poids}}=-Mg\Delta H\], \(H\) étant l'altitude. Comme le promeneur et son chien reviennent à leur point de départ (maison) en fin de promenade, la variation d'altitude sur l'ensemble du trajet est nulle. Le poids ne travaille donc pas (en réalité, si le parcours présente des côtes, le travail du poids sera négatif pendant les montées et positif pendant les descentes, mais la somme des travaux sur l'ensemble du trajet est nulle).

  • la réaction du chemin : c'est là un problème moins évident qu'il n'y paraît... En fait, cette force existe lorsque la semelle de la chaussure est au contact du sol, et tant que ce contact existe, il n'y a pas de mouvement relatif de la chaussure par rapport au sol (sauf s'il y a glissement, c'est à dire si le promeneur dérape). Le travail de cette force est donc nul. Et pourtant, c'est bien cette force exercée par le sol sur une chaussure qui permet d'avancer...

  • la pression atmosphérique : elle ne travaille que s'il y a variation de volume du système (maître+chien). En dépit de l'effet amaigrissant bien connu de l'exercice physique, nous négligerons cette variation de volume.

  • le frottement de l'air : c'est une force exercée par l'air (statique) et qui s'oppose au mouvement, donc son travail est négatif.