MECANIQUE RATIONNELLE
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
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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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