MECANIQUE RATIONNELLE
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI Solution : 1. Masse du solide On considère un élément de volume : dv = s. dz = πy 2 dz La masse du solide est égale à : M h 2 2 2 = 2 R R h 1 ρ ∫ dv = ρ∫πy dz = ρπ ∫ zdz = ρπ . = ρπR h h 2 2 S S 0 2 h 2. Tenseur d’inertie du solide au point O ; Le solide a un axe de révolution (Oz) donc les axes (Ox) et (Oy) jouent le même rôle, nous avons ainsi : I = I Oxx Oyy I Oxx = h 2 2 2 2 ∫ y + z ) dm = ∫ ( z + z ) ρ . πy dz = ∫ ( z + S 2 2 R R 2 R ( z ) ρ. π h h h 0 h 0 2 zdz I Oxx h 4 h 2 4 3 2 4 2 2 ⎡ R ⎤ 2 R 3 ⎡ R h R h ⎤ 2 ⎡ R h = ρπ ⎢∫ z dz + ∫ z dz⎥ = ρπ ⎢ + ⎥ = ρπR h⎢ + 2 ⎣ h h ⎦ ⎣ 3 h 4 ⎦ ⎣ 3 4 0 0 h ⎤ ⎥ ⎦ 2 2 ( 4R 3 ) 2 2 2 ⎡ R h ⎤ M I M 3 4 6 h Oxx = ⎢ + ⎥ = + ⎣ ⎦ I Ozz = ∫ S ( x 2 + y 2 ) dm = ∫ S ( x 2 + y 2 + z 2 − z 2 ) dm = ∫ S ( x 2 + z 2 ) dm + ∫ S 2 y dm − ∫ S z 2 dm I Ozz = I Oyy + ∫ S ∫ 2 2 y ρπ y dz − S 2 2 z ρπy dz = I Oyy + ρπ ∫ S R h 4 2 2 2 R z dz − ρπ∫ h S z 3 dz I I Ozz = I = I Oyy R + ρπ h M + 6 4 2 3 2 h R . − ρπ 3 h 4 h . 4 = I Oyy + ρπR 2 ⎡ R h⎢ ⎣ 3 2 h⎤ − ⎥ = I 4⎦ 2 2 M 2 2 M 2 2 4 2 ( 4R − 3h ) = ( 4R + 3h ) + ( 4R − 3h ) MR Ozz Oyy = 6 6 3 Oyy ⎡ R + 2M ⎢ ⎣ 3 2 h⎤ − ⎥ 4⎦ Le tenseur d’inertie s’écrit : I O ⎡M ⎢ 6 ⎢ ( S) = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ 2 2 ( 4R + 3h ) 0 0 M 6 0 2 2 ( 4R + 3h ) 0 4 3 ⎤ 0 ⎥ ⎥ 0 ⎥ ⎥ 2 MR ⎥ ⎥ ⎦ 175
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI 3. Calcul du moment d’inertie en G suivant l’axe Gx : I Gxx Nous utiliserons le théorème de Huygens pour passer du point O au point G. I ( 2 2 = I M d ) ⇒ I = I − M ( d ) Oxx Gxx + Gxx Déterminons d’abord les coordonnées du centre d’inertie G : Oxx L’axe (Oz) étant un axe de révolution alors le centre d’inertie se trouve sur cet axe d’où : 1 x G = y G = 0 et zG = ∫ zdm M S z G 2 2 3 1 2 ρπ R 2 ρπ R h = z y dz z dz . M ∫ ρπ = = M h ∫ M h 3 S h 0 2ρπ = 2 ρπR h 2 3 R h . h 3 = 2 h 3 2 z G = 3 h I = I − M ( y + z M ) = + 3h 4 − M h M ⎛ = ⎜4R ⎝ 2 2 h 2 2 2 2 2 on déduit : ( ) 6 9 6 ⎜ 3 ⎟ Gxx Oxx G G ⎠ I Gxx M ⎛ = ⎜4R 6 ⎝ Exercice 20 : + 2 h 2 ⎞ ⎟ 3 ⎠ 4R On découpe une plaque carré de côté a et de masse m dans un disque plein et homogène de masse M et de rayon R, tel que représenté dans la figure 1. Déterminer le tenseur d’inertie du disque par rapport au repère R ( O, x 0 , y , z 0 ) ; 2. Déterminer le tenseur d’inertie de la plaque dans le repère R ( O, x1, y , z 1) puis dans le repère R ( O, x 0 , y , z 0 ) ; 0 → → 0 → 3. En déduire le tenseur d’inertie du système dans le repère R ( O, x 0 , y , z 0 ) . → y 1 → y 0 → x 1 → y 0 0 1 → 0 → → → 0 → 1 → y 1 → + → → 0 ⎞ → o O → x 0 O → → a x 0 O x 1 a 176
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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 />
3. Calcul du moment d’inertie en G suivant l’axe Gx : I<br />
Gxx<br />
Nous utiliserons le théorème de Huygens pour passer du point O au point G.<br />
I<br />
( 2<br />
2<br />
= I M d ) ⇒ I = I − M ( d )<br />
Oxx Gxx<br />
+<br />
Gxx<br />
Déterminons d’abord les coordonnées du centre d’inertie G :<br />
Oxx<br />
L’axe (Oz) étant un axe de révolution alors le centre d’inertie se trouve sur cet axe d’où :<br />
1<br />
x G<br />
= y G<br />
= 0 et zG<br />
= ∫ zdm<br />
M<br />
S<br />
z<br />
G<br />
2<br />
2 3<br />
1<br />
2 ρπ R 2 ρπ R h<br />
= z y dz z dz .<br />
M<br />
∫ ρπ =<br />
=<br />
M h<br />
∫<br />
M h 3<br />
S<br />
h<br />
0<br />
2ρπ<br />
=<br />
2<br />
ρπR<br />
h<br />
2 3<br />
R h<br />
.<br />
h 3<br />
=<br />
2<br />
h<br />
3<br />
2<br />
z G<br />
=<br />
3 h<br />
I<br />
= I<br />
− M ( y<br />
+ z<br />
M<br />
) =<br />
+ 3h<br />
4<br />
− M h<br />
M ⎛<br />
= ⎜4R<br />
⎝<br />
2<br />
2 h<br />
2<br />
2 2<br />
2<br />
2<br />
on déduit : ( )<br />
6<br />
9 6 ⎜ 3 ⎟ Gxx Oxx<br />
G G<br />
⎠<br />
I Gxx<br />
M ⎛<br />
=<br />
⎜4R<br />
6 ⎝<br />
Exercice 20 :<br />
+<br />
2 h<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
3 ⎠<br />
4R<br />
On découpe une plaque carré de côté a et de masse m dans un disque plein et homogène de<br />
masse M et de rayon R, tel que représenté dans la figure<br />
1. Déterminer le tenseur d’inertie du disque par rapport au repère R ( O,<br />
x 0 , y , z 0 ) ;<br />
2. Déterminer le tenseur d’inertie de la plaque dans le repère R ( O,<br />
x1,<br />
y , z 1)<br />
puis dans le<br />
repère R ( O,<br />
x 0 , y , z 0 ) ;<br />
0<br />
→<br />
→<br />
0<br />
→<br />
3. En déduire le tenseur d’inertie du système dans le repère R ( O,<br />
x 0 , y , z 0 ) .<br />
→<br />
y 1<br />
→<br />
y<br />
0<br />
→<br />
x<br />
1<br />
→<br />
y 0<br />
0<br />
1<br />
→<br />
0<br />
→<br />
→<br />
→<br />
0<br />
→<br />
1<br />
→<br />
y<br />
1<br />
→<br />
+<br />
→<br />
→<br />
0<br />
⎞<br />
→<br />
o<br />
O<br />
→<br />
x<br />
0<br />
O →<br />
→<br />
a<br />
x 0 O<br />
x 1<br />
a<br />
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