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 ϕ ∫ 0 v e c ϕ 0 dϕ = Kr0 dt ⇒ 1 c ϕ e c = v 0 Kr 0 t + A sachant qu’à t = 0 ϕ = 0 , alors : 1 = ; ce qui donne : A 1 c e c v0 = Kr t + c cϕ 1 0 cv0 e cϕ cϕ cv0 = t + 1 ⇔ r0e = t + r0 Kr K 0 cϕ cv0 on sait que r( t) = r0e d’où : r ( t) = t + r0 K 2. Vecteur accélération En coordonnées cylindriques l’expression du vecteur accélération s’écrit : → •• • → •• • • → 2 r− rϕ ) er + ( rϕ+ 2rϕ eϕ •• → γ = ( ) + z k • •• on sait que : ϕ = Cte ⇒ ϕ = 0 ; • r • v = Cte ⇒ = 0 l’accélération devient : γ → • → • • → 2 = −rϕ er + 2rϕ eϕ → • → • • → • → • → 2 cϕ 2 2 γ = −rϕ er + 2 r0 cϕ e ϕ eϕ = −rϕ er + 2cϕ r eϕ Le rayon de courbure se déduit à partir de la relation : ω v • = comme ω = ϕ alors : ρ • 2 2 = v rϕ 1+ c (1 + + k ) 2 2 2 2 ρ = = r 1+ c (1 + + k ) ; ρ = r 1+ c (1 + + k ) • ϕ • ϕ Exercice 04 : Un mobile supposé ponctuel, décrit la courbe plane dont l’équation en coordonnées polaire 1 ( ρ , θ ) est donnée par : ρ = ρ 0 (1 + cosθ ) où ρ 0 : constant désigne une longueur donnée. 2 1. Quelle est l’allure de la trajectoire du mobile ? a. Précisez les positions des points d’intersection de cette trajectoire avec les axes cartésiens ox et oy ; b. Exprimer en fonction de θ , l’abscisse curviligne s du mobile, compté à partir du point A qui correspond à θ = 0 ; c. Pour quel angle polaire nous avons s = ρ 0 , on notera par B la position correspondante 201

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI d. En déduire le périmètre de cette trajectoire fermée étudiée ici. 2. On choisira comme origine des temps, l’instant où le mobile est au point A . On admet que la trajectoire est décrite avec une vitesse angulaire ω constante. a. Exprimer la vitesse linéaire du mobile en fonction du temps puis en fonction de ρ ; b. Déterminer les composantes d’accélération radiale γ ρ et orthoradiale γ θ ; en déduire l’accélération γ du mobile en fonction du temps ; c. En utilisant les expressions de γ ρ et γ θ , déterminer l’accélération normale γ N à l’instant t ; d. En déduire le rayon de courbure de la trajectoire en fonction de θ ; Retrouver ce résultat directement. Solution : a) Tracé de la courbe et intersection avec les axes 1 La trajectoire dont l’équation en coordonnées polaire s’écrit ρ = ρ 0 (1 + cosθ ) est une 2 courbe fermée appelé cardoïde. L’axe Ox est un axe de symétrie car : ρ( θ ) = ρ( −θ ) Pour : θ 0 ⇒ ρ = ρ = OA ; θ = π ⇒ ρ = 0 = 0 π ρ = ⇒ = 0 π ρ 0 θ ρ = OC ; θ = − ⇒ ρ = = OC' 2 2 2 2 La courbe coupe l’axe Ox en O et A avec OA = ρ 0 La courbe coupe l’axe Oy en C et C’ avec OC = OC ' = y C O γ θ → ρ → T ρ 0 ρ 0 2 α M → γ θ → N β θ A x C’ 202

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

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

A.KADI<br />

ϕ<br />

∫<br />

0<br />

v<br />

e c ϕ<br />

0<br />

dϕ<br />

=<br />

Kr0<br />

dt<br />

⇒<br />

1 c ϕ<br />

e<br />

c<br />

=<br />

v<br />

0<br />

Kr<br />

0<br />

t + A<br />

sachant qu’à t = 0 ϕ = 0 , alors :<br />

1<br />

= ; ce qui donne :<br />

A 1<br />

c<br />

e<br />

c<br />

v0<br />

=<br />

Kr<br />

t +<br />

c<br />

cϕ<br />

1<br />

0<br />

cv0<br />

e cϕ cϕ<br />

cv0<br />

= t + 1 ⇔ r0e<br />

= t + r0<br />

Kr<br />

K<br />

0<br />

cϕ<br />

cv0<br />

on sait que r( t)<br />

= r0e<br />

d’où : r ( t)<br />

= t + r0<br />

K<br />

2. Vecteur accélération<br />

En coordonnées cylindriques l’expression du vecteur accélération s’écrit :<br />

→<br />

•• • → •• • • →<br />

2<br />

r−<br />

rϕ<br />

) er + ( rϕ+<br />

2rϕ<br />

eϕ<br />

•• →<br />

γ = (<br />

) + z k<br />

•<br />

••<br />

on sait que : ϕ = Cte ⇒ ϕ = 0 ;<br />

•<br />

r<br />

•<br />

v = Cte ⇒ = 0<br />

l’accélération devient : γ<br />

→ • → • • →<br />

2<br />

= −rϕ<br />

er + 2rϕ<br />

eϕ<br />

→ • → • • → • → • →<br />

2<br />

cϕ<br />

2<br />

2<br />

γ = −rϕ<br />

er<br />

+ 2 r0<br />

cϕ<br />

e ϕ eϕ<br />

= −rϕ<br />

er<br />

+ 2cϕ<br />

r eϕ<br />

Le rayon de courbure se déduit à partir de la relation :<br />

ω<br />

v<br />

•<br />

= comme ω = ϕ alors :<br />

ρ<br />

•<br />

2<br />

2<br />

= v rϕ<br />

1+<br />

c (1 + + k )<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

ρ =<br />

= r 1+<br />

c (1 + + k ) ; ρ = r 1+<br />

c (1 + + k )<br />

•<br />

ϕ<br />

•<br />

ϕ<br />

Exercice 04 :<br />

Un mobile supposé ponctuel, décrit la courbe plane dont l’équation en coordonnées polaire<br />

1<br />

( ρ , θ ) est donnée par : ρ = ρ 0<br />

(1 + cosθ<br />

) où ρ<br />

0<br />

: constant désigne une longueur donnée.<br />

2<br />

1. Quelle est l’allure de la trajectoire du mobile ?<br />

a. Précisez les positions des points d’intersection de cette trajectoire avec les axes<br />

cartésiens ox et oy ;<br />

b. Exprimer en fonction de θ , l’abscisse curviligne s du mobile, compté à partir du<br />

point A qui correspond à θ = 0 ;<br />

c. Pour quel angle polaire nous avons s = ρ<br />

0<br />

, on notera par B la position correspondante<br />

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