MECANIQUE RATIONNELLE
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
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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 />
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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