MECANIQUE RATIONNELLE

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UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI 10. Translation du repère R de centre O vers un centre A On considère un solide (S) dont la matrice d’inertie est connue au point O d’un repère fixe → → → ( 0 0 0 R O, x , y , z ) . Soit un point A de coordonnées x , y , z ) centre du repère → → → ( 0 0 0 → → → ( 0 0 0 R A, x , y , z ) en translation par rapport à R O, x , y , z ) . ( A A A La matrice d’inertie au point A du solide (S) est donnée par : I A ( S) R 0 ⎡ I ⎢ = ⎢− I ⎢ ⎣− I Axx Axy Axz − I I − I Axy Ayy Ayz − I − I I Axz Ayz Azz ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ R 0 → z 0 → x 0 A → z 0 → y 0 Les éléments de cette matrice s’obtiennent en −→ remplaçant le vecteur OP comme précédemment par le vecteur −→ AP dans l’opérateur d’inertie. → x 0 O → y 0 Nous avons en effet : −→ −→ −→ → → → AP = OP− OA = ( x − x A ) x0 + ( y − y A ) y0 + ( z − z A ) z0 On obtient ainsi les moments et les produits d’inertie en A : I Axx = 2 2 ∫ ( y − y A ) + ( z − z A ) ) ( S ) dm I Axx = ∫ ( S ) ( y 2 + z 2 ) dm + y ∫ 2 A ( S ) dm + z ∫ 2 A ( S) dm − 2y ∫ A ( S ) ydm − 2z ∫ A ( S ) zdm Soit m la masse du solide (S) et G son centre d’inertie. Les coordonnées x , y , z ) du ( G G G centre d’inertie dans le repère → → → R( O, x0 , y0 , z0 ) déjà exprimé au début du chapitre, ont pour expression : 1 m x G = ∫ xdm ; G = ∫ ( S ) 1 1 y ydm ; z G = m ∫ zdm m ( S ) ( S ) ∫ ( S ) xdm = mx G ∫ ; ydm = my ; ( S ) G ∫ ( S ) zdm = mz G 133

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI En remplaçant ces termes dans l’expression de I Axx , on obtient : Axx Oxx 2 2 ( y A + z A ) − 2y A yG − z AzG ) 2 2 ( x A + z A ) − 2x AxG − z AzG ) 2 2 ( x + y ) − 2x x − y y ) I = I + m 2 , et par permutation les autres termes I = I + m 2 Ayy Azz Oyy I = I + m 2 Ozz A A A G A G De la même manière pour les produits d’inertie nous avons : I Axy = ∫ ( x − x A )( y − y A ) dm = ∫ xydm − x A ∫ ydm − y A ∫ xdm + ( S ) ( S ) ( S ) ( S ) x A y ∫ A ( S ) dm I I I Axy Axz Ayz Oxy ( x A yG + y AxG − x A y A = I − m ( ) et par permutation les autres termes = I − m ( Oxz = I − m ( Oyz ( x z + z x − x z ) A G A ( y z + z y − y z ) A G A G G A A A A 11. Théorème de HUYGENS Si le tenseur d’inertie est connu au centre d’inertie G du solide (S) dans la base → → → R( O, x0 , y0 , z0 ) ; alors on peut déterminer le tenseur d’inertie au point O dans la même base. Reprenons le cas précédent avec le point A qui coïncide avec le centre d’inertie du solide → → → ( 0 0 0 (S), nous aurons dans le repère R G, x , y , z ) : −→ −→ −→ GP = OP− OG → z 0 → z 0 → x 0 G → y 0 O → y 0 → x 0 134

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique<br />

Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3<br />

A.KADI<br />

En remplaçant ces termes dans l’expression de I Axx<br />

, on obtient :<br />

Axx<br />

Oxx<br />

2 2<br />

( y<br />

A<br />

+ z<br />

A<br />

) − 2y<br />

A<br />

yG<br />

− z<br />

AzG<br />

)<br />

2 2<br />

( x<br />

A<br />

+ z<br />

A<br />

) − 2x<br />

AxG<br />

− z<br />

AzG<br />

)<br />

2 2<br />

( x + y ) − 2x<br />

x − y y )<br />

I = I + m<br />

2 , et par permutation les autres termes<br />

I = I + m<br />

2<br />

Ayy<br />

Azz<br />

Oyy<br />

I = I + m<br />

2<br />

Ozz<br />

A<br />

A<br />

A<br />

G<br />

A<br />

G<br />

De la même manière pour les produits d’inertie nous avons :<br />

I<br />

Axy<br />

=<br />

∫ ( x − x<br />

A<br />

)( y − y<br />

A<br />

) dm = ∫ xydm − x<br />

A ∫ ydm − y<br />

A ∫ xdm +<br />

( S )<br />

( S )<br />

( S )<br />

( S )<br />

x<br />

A<br />

y<br />

∫<br />

A<br />

( S )<br />

dm<br />

I<br />

I<br />

I<br />

Axy<br />

Axz<br />

Ayz<br />

Oxy<br />

( x<br />

A<br />

yG<br />

+ y<br />

AxG<br />

− x<br />

A<br />

y<br />

A<br />

= I − m ( ) et par permutation les autres termes<br />

= I − m (<br />

Oxz<br />

= I − m (<br />

Oyz<br />

( x z + z x − x z )<br />

A<br />

G<br />

A<br />

( y z + z y − y z )<br />

A<br />

G<br />

A<br />

G<br />

G<br />

A<br />

A<br />

A<br />

A<br />

11. Théorème de HUYGENS<br />

Si le tenseur d’inertie est connu au centre d’inertie G du solide (S) dans la base<br />

→<br />

→<br />

→<br />

R( O,<br />

x0<br />

, y0<br />

, z0<br />

)<br />

; alors on peut déterminer le tenseur d’inertie au point O dans la même base.<br />

Reprenons le cas précédent avec le point A qui coïncide avec le centre d’inertie du solide<br />

→ → →<br />

(<br />

0 0 0<br />

(S), nous aurons dans le repère R G,<br />

x , y , z ) :<br />

−→<br />

−→<br />

−→<br />

GP = OP−<br />

OG<br />

→<br />

z 0<br />

→<br />

z 0<br />

→<br />

x 0<br />

G<br />

→<br />

y 0<br />

O<br />

→<br />

y 0<br />

→<br />

x<br />

0<br />

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