MECANIQUE RATIONNELLE
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI → Cette propriété d’équiprojectivité entraîne l’existence d’un vecteur libre Ω i k tel que : → i k → → −−−→ i i = V ( Ak + Ω k ∧ Ak Bk V ( B ) ) , ce qui permet d’introduire la notion de torseur cinématique. 7.3. Champs des accélérations Pour chaque point du solide S ) lié au repère R , on déduit l’accélération à partir de la ( k vitesse à partir de la relation : γ ( A → → ) i k i i d V ( Ak ) = dt i i Nous allons chercher une relation qui lie les accélérations : γ A ) et γ B ) k → ( k Nous avons déjà établi une relation entre les vitesses des deux points : → i k → → −−−→ i i = V ( Ak + Ω k ∧ Ak Bk V ( B ) ) → ( k Nous déduirons la relation entre les accélérations par dérivation de l’expression des vitesses. → i γ ( B k ) = → i i d V ( B ) dt k = → → i i i i d V ( Ak ) d Ω k + dt dt ∧ A −−−→ k B k → i k + Ω d ∧ i −−−→ A k dt B k et comme : d i −−−→ −−−→ k → −−−→ → −−−→ k Bk d Ak Bk i i = + Ω k ∧ Ak Bk = Ω k ∧ Ak Bk A dt dt car d k −−−→ Ak B dt on obtient finalement la relation entre les accélération des deux points A et B du solide : k k → = 0 k → i k → → i i i d Ω γ ( B k ) = γ ( Ak ) + dt −−−→ ∧ A B k k → i k + Ω ⎛ ∧ ⎜Ω ⎝ → i k −−−→ ∧ A B k k ⎞ ⎟ ⎠ i On constate que si la vitesse de rotation est constante Ω = 0 l’expression devient : → → → → ⎛ −−−→ → ⎞ −−−→ → i i i i ⎛ ⎞ ( ) = ( ) + Ω ∧ ⎜Ω ∧ ⎟ = i ( ) − ⎜ Ω i γ Bk γ Ak k k Ak Bk γ Ak Ak Bk k ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ → k → 2 7.4. Torseur cinématique La formule de distribution des vitesses est donnée par la relation : → i k → → −−−→ i i = V ( Ak + Ω k ∧ Ak Bk V ( B ) ) La formule de transport des moments entre deux points A et B du solide a pour expression : k k 229
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI −→ k −→ → −−→ = M ( Ak + R∧ Ak Bk M ( B ) ) ; nous constatons qu’il y a équivalence entre ces deux équations. Le vecteur vitesse au point B est le moment au point B d’un torseur que nous noterons : k k [ C] B k → Ω i k et la résultante n’est autre que le vecteur rotation instantané . Le torseur cinématique au point B k ou (torseur de distribution des vitesses) relatif au mouvement du solide par rapport à a pour éléments de réduction : → - le vecteur rotation instantanée Ω i k ; i - la vitesse au point B k : V ( Bk ) il sera noté sous la forme : [ C] → B k R i → ⎧ i ⎪Ω k = ⎨ → ⎪ i ⎩V ( B k → i ) = V k → i k ( A ) + Ω −−−→ ∧ A B Le torseur cinématique est d’un grand intérêt car il caractérise complètement le mouvement d’un solide par rapport au repère R i en ce qui concerne les vitesses. Comme les éléments de réduction du torseur cinématique sont des fonctions du temps alors le torseur cinématique en dépend, il a donc à chaque instant une résultante et un champ de vitesse différent. k k 7.5. Axe instantané de rotation On appelle axe instantané de rotation l’axe central du torseur cinématique. Nous avons montré précédemment que l’axe central est l’ensemble des points P tels que le moment du torseur en ce point soit parallèle à la résultante. Dans le cas du torseur cinématique, l’ensemble de ces points constitue l’axe dont les vitesses sont parallèles au vecteur vitesse instantanée de rotation. A chaque instant le mouvement du solide peut être considéré comme étant la composition d’un mouvement de rotation de vitesse de rotation → Ω i k autour de l’axe instantané et d’une translation dont la direction instantanée est parallèle au vecteur vitesse de rotation . Soit un solide (S) lié à un repère R en mouvement quelconque par rapport à un repère R et k → Ω i k i → Ω i k le vecteur rotation instantané du solide par rapport à R . i 230
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Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3<br />
A.KADI<br />
−→<br />
k<br />
−→ → −−→<br />
= M ( Ak<br />
+ R∧<br />
Ak<br />
Bk<br />
M ( B ) )<br />
; nous constatons qu’il y a équivalence entre ces deux équations.<br />
Le vecteur vitesse au point B est le moment au point B d’un torseur que nous noterons :<br />
k<br />
k<br />
[ C] B k<br />
→<br />
Ω i k<br />
et la résultante n’est autre que le vecteur rotation instantané .<br />
Le torseur cinématique au point<br />
B k<br />
ou (torseur de distribution des vitesses) relatif au<br />
mouvement du solide par rapport à a pour éléments de réduction :<br />
→<br />
- le vecteur rotation instantanée Ω i k<br />
;<br />
i<br />
- la vitesse au point B<br />
k<br />
: V ( Bk<br />
)<br />
il sera noté sous la forme : [ C]<br />
→<br />
B<br />
k<br />
R i<br />
→<br />
⎧ i<br />
⎪Ω<br />
k<br />
= ⎨ →<br />
⎪<br />
i<br />
⎩V<br />
( B<br />
k<br />
→<br />
i<br />
) = V<br />
k<br />
→<br />
i<br />
k<br />
( A ) + Ω<br />
−−−→<br />
∧ A B<br />
Le torseur cinématique est d’un grand intérêt car il caractérise complètement le mouvement<br />
d’un solide par rapport au repère<br />
R i<br />
en ce qui concerne les vitesses.<br />
Comme les éléments de réduction du torseur cinématique sont des fonctions du temps alors le<br />
torseur cinématique en dépend, il a donc à chaque instant une résultante et un champ de<br />
vitesse différent.<br />
k<br />
k<br />
7.5. Axe instantané de rotation<br />
On appelle axe instantané de rotation l’axe central du torseur cinématique. Nous avons montré<br />
précédemment que l’axe central est l’ensemble des points P tels que le moment du torseur<br />
en ce point soit parallèle à la résultante. Dans le cas du torseur cinématique, l’ensemble de ces<br />
points constitue l’axe dont les vitesses sont parallèles au vecteur vitesse instantanée de<br />
rotation.<br />
A chaque instant le mouvement du solide peut être considéré comme étant la composition<br />
d’un mouvement de rotation de vitesse de rotation<br />
→<br />
Ω i k<br />
autour de l’axe instantané et d’une<br />
translation dont la direction instantanée est parallèle au vecteur vitesse de rotation .<br />
Soit un solide (S) lié à un repère R en mouvement quelconque par rapport à un repère R et<br />
k<br />
→<br />
Ω i k<br />
i<br />
→<br />
Ω i k<br />
le vecteur rotation instantané du solide par rapport à R .<br />
i<br />
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