Conservation de l'énergie
Par Jerome le lundi 31 octobre 2011, 15:42 - Lien permanent
Le concept d'énergie renvoie en physique à
un concept assez abstrait. De plus, l'énergie apparaît multiple : énergie
cinétique, énergie potentielle, ... Dans leçons sur la physique,
Richard
Feynman explique que la principale caractéristique de l'énergie est d'être
conservée. Il déclare alors que cette loi affirme qu'il y a une certaine
quantité que nous appelons énergie, qui ne change pas dans les multiples
modifications que peut subir la nature. C'est une idée très abstraite, car
c'est un principe mathématique ; ce principe dit qu'il existe une quantité
numérique, qui ne change pas, lorsque quelque chose se passe. Ce n'est pas la
description d'un mécanisme, ou de quoi que ce soit de concret ; c'est
simplement ce fait étrange que nous puissions calculer un certain nombre et
que, lorsque nous avons terminé d'observer l'évolution de la nature et que nous
recalculons ce nombre, il soit le même
.
Jusqu'au 19 ème siècle, le mot force était parfois utilisée pour désigner l'énergie. Cela vient en fait de l'allemand où le mot Kraft est ambigu et est traduit en français par force. Ainsi, Hermann von Helmholtz écrit en 1848 : Über die Erhaltung der Kraft, que l'on peut traduire par Sur la conservation de la force. C'est qu'en allemand, le mot Kraft est équivoque et renvoie à la fois à la force appliquée à un corps et à la puissance ou la capacité d'action, qui est assez proche de l'énergie. Le mot Energie existe pourtant en allemand, mais il n'est pas employé par le physicien allemand.
La page allemande de Wikipedia explique l'origine du mot Kraft. Il
vient de l'ancien allemand et fait référence à la tension musculaire. En
allemand, Kraft désigne une condition physique ou mentale qui permet
exécuter certaines actions. Un deuxième sens désigne l'exécution de l'activité
elle-même et est alors plus proche de la notion de force en physique.
Dans le langage juridique, dans l'ancien allemand plus soutenu, Kraft
veut dire validité ou efficacité. On retrouve encore cet emploi dans certaine
expression actuelle allemand signifiant en vertu de (ainsi, en allemand,
Kraft seines Amtes veut dire en vertu de ses fonctions, Kraft
est alors suivi du génitif). En français, on trouve l'expression en vertu des
pouvoirs qui me sont conférés.
Depuis environ la fin de la 18e siècle, Kraft renvoie aussi à un groupe de
personnes constituant un vecteur de force (die Streitkräfte : les
forces armées). Au 20 ème siècle, le mot Kraft est aussi utilisé pour
parler de l’énergie produite par une machine (das Kraftwerk : la
centrale électrique). En anglais, craft désigne l'artisanat.
Les physiciens anglais comme James Joule,
William
Rankine ou William Thomson (lord Kelvin)
parlèrent eux de l'énergie. Ils s'intéressaient surtout à l'amélioration des
moteurs au moment de la révolution industrielle. Les allemands comme
Julius von Mayer ou
Hermann von Helmholtz, qui étaient aussi intéressés aussi par la physiologie et
les problèmes de la chaleur animale employaient le terme de force. Les
physiciens se posèrent alors la question de savoir si les physiciens anglais et
allemands parlaient de la même chose.
Il semble que la conservation de l'énergie ait d'abord été énoncée en
physique pour la première fois par Jean Bernoulli en 1717 dans
une lettre écrite à Varignon où il définit lénergie comme le produit de la
force appliquée à un corps par le déplacement subi par ce corps
. Ce
qu'aujourd'hui nous appelons le travail d'une force.
Il est assez étonnant que Bernoulli emploie le terme d'énergie, car chez Aristote l'energeia désigne le mode d'être en acte, qui correspond à une actualisation au cours de laquelle la matière reçoit une forme, ce qui n'a pas grand chose à voir avec une quelconque conservation. Elle s'oppose à dunamis le mode d'être en puissance.
Pour Bernoulli, il y a actualisation du travail lors d'un déplacement virtuel. Il reprend en les idées de Leibniz qui pensait que quelque chose se conserve et qu'il appelait vis viva (force vive) définie comme le produit de la masse par le carré de la vitesse. Il s'opposait à Descartes qui pensait que la quantité de mouvement se conservait. Cette idée de conservation était liée à l'idée d'unité de la nature qui était associée à l’unicité de Dieu. En 1692, Leibniz écrit :
Kant, dans Critique de la raison pure, parle aussi d'un principe de conservation qu'il nommeQu’il se conserve toujours la même quantité de mouvement dans l’univers, c’est la plus célèbre théorie des cartésiens. Cependant ils n’en ont pas donné de démonstration ; car la raison tirée de la constance de Dieu est tellement faible que cela n’échappera à personne. En effet, même si la constance de Dieu est absolue et s’il ne change rien sinon les lois d’un ordre établi depuis longtemps, la question se pose cependant de savoir ce que Dieu a décidé de conserver dans la série des changements : si c’est la quantité de mouvement, ou bien quelque autre chose différente, comme par exemple la quantité des forces. J’ai démontré que c’est cette quantité des forces qui se conserve, qu’elle est différente de la quantité du mouvement, et qu’il arrive très souvent que cette dernière subit un changement, alors que la quantité des forces reste égale.
principe de permanence de la substance:
C'est en 1905 qu'Albert Einstein montre qu'il y a équivalence entre la masse et l'énergie. Il unifie ainsi les deux notions de physique qui avait un rapport avec l'idée de la substance en philosophie.La substance persiste dans tout le changement des phénomènes et sa quantité n'augmente pas ni ne diminue dans la nature.