MECANIQUE RATIONNELLE
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI S 2 ; d’après ce que l’on a vu précédemment sur le champ des vitesses des points d’un solide, nous pouvons écrire dans le repère fixe : → 0 V → 0 V 1 → → −−−→ 0 0 = V ( M 1) + Ω1 ∧ M 1 1 ( I ) I 2 → → −−−→ 0 0 = V ( M 2 ) + Ω 2 ∧ M 2 2 ( I ) I La vitesse de glissement du solide par rapport au solide S est donnée par la relation : S2 1 → V g → → 0 0 ( I) = V ( I 2 ) −V ( I1) Comme les trois points occupent la même position géométrique nous pouvons écrire : → V g → → → −−−→ → −−−→ 0 0 0 0 = V ( M 2 ) −V ( M 1) + Ω 2 ∧ M 2I 2 − Ω1 ∧ M 1 1 ( I) I → V g → 0 2 → 0 1 → 1 2 −−−−→ ( I) = V ( M ) −V ( M ) + Ω ∧ M M 1 2 Le vecteur rotation du solide par rapport au solide S a pour expression : S2 1 → 1 2 Ω → 0 2 = Ω → 0 1 − Ω D’où : → 0 2 Ω → 1 2 = Ω → 0 1 + Ω on retrouve ici la loi de Chasles. → Ω 1 2 S2 1 Le vecteur rotation du solide par rapport au solide S a deux composantes, l’une tangent et dans le plan Ω → t ∈ (π ) , l’autre normale au plan : ⊥(π ) : Ω → n → 0 2 Ω → = Ω t → + Ω n → → → 1 Ωt = n∧ ( Ω ∧ n) : Vecteur rotation de roulement du solide par rapport au solide S ; → → → → 1 n = ( Ω • n) n Ω 2 → S2 1 S2 S1 2 : Vecteur rotation de pivotement du solide par rapport au solide En général, lorsque deux solides sont en contact ponctuel, il peut y avoir : Glissement , roulement et pivotement de l’un sur l’autre. La condition de roulement sans glissement est vérifiée lorsque la vitesse de glissement est nulle : → → → 0 0 ( I) V ( I 2 ) −V ( I1 → → → ( 2 1 0 0 V g = ) = 0 ⇔ V I ) = V ( I ) → → 0 0 0 Si le solide S 1 est fixe alors : V ( I1) = 0 ⇒ V ( I 2 ) = V ( I1) = 0 Dans ce cas, quel que soit M ∈ S 2 , avec S2 en roulement sans glissement par rapport au S 1 → → → −−→ V 1 2 1 0 0 1 solide , nous pouvons écrire : ( M ) = V ( I ) + Ω ∧ I M ; → → → 278
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI → comme V 0 ( I 1 ) = 0 alors : → → → −−→ 0 1 V ( M ) = Ω 2 ∧ I1M → → V g S 2 1 • Si (I) = 0 : on dit que le solide roule sans glisser sur le solide S ; → → n = S2 1 • Si Ω 0 : on dit que le solide ne pivote pas sur le solide S ; → → n = S2 1 • Si Ω 0 : on dit que le solide ne roule pas, il glisse sur le solide S ; 1.1. Mouvement de deux solides en contact en plusieurs points Dans le cas où deux solides sont en contact en plusieurs points, les considérations précédentes peuvent être reprise en chaque point de contact. Cas particuliers : - Si deux solides et S sont en contact en deux points A et B et si la vitesse de S2 1 glissement en ces deux points est nulle → 0 V → 0 → ( A) = V ( B) = 0 alors le vecteur rotation → Ω 1 2 est un vecteur directeur de la droite AB passant par les deux points : → 0 V → 0 → 1 2 −−→ ( B) = V ( A) + Ω ∧ AB = 0 ⇒ → → 1 −−→ → Ω 2 ∧ AB = 0 ⇔ → 1 2 Ω −−→ // AB - Si deux solides et S sont en contact en plus de deux points et si la vitesse de S1 2 glissement est nulle en tous ces points, ils sont nécessairement portés par le même axe donc ils sont alignés. 1.2 Transmission par friction d’un mouvement de rotation entre deux cylindres Soient deux cylindres et de rayons respectifs et R liés à un bâti fixe et ayant S1 S2 R1 2 des mouvement de rotation d’axes respectifs → O , z ) et O, z ) ( 1 → ( 2 Leur vitesse de rotation respective est donnée par : → → 0 0 Ω1 = Ω1 z1 et → → 0 0 Ω 2 = −Ω 2 z1 → Soit P un point de contact entre les deux solides. Les axes de rotation sont parallèles à : z 1 . La condition de roulement sans glissement au point P s’écrira : V 0 ( P) = 0 → → 279
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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 />
→<br />
comme V 0 ( I 1<br />
) = 0 alors :<br />
→<br />
→<br />
→ −−→<br />
0<br />
1<br />
V ( M ) = Ω<br />
2<br />
∧ I1M<br />
→ →<br />
V g<br />
S 2<br />
1<br />
• Si (I) = 0 : on dit que le solide roule sans glisser sur le solide S ;<br />
→ →<br />
n = S2<br />
1<br />
• Si Ω 0 : on dit que le solide ne pivote pas sur le solide S ;<br />
→ →<br />
n = S2<br />
1<br />
• Si Ω 0 : on dit que le solide ne roule pas, il glisse sur le solide S ;<br />
1.1. Mouvement de deux solides en contact en plusieurs points<br />
Dans le cas où deux solides sont en contact en plusieurs points, les considérations précédentes<br />
peuvent être reprise en chaque point de contact.<br />
Cas particuliers :<br />
- Si deux solides et S sont en contact en deux points A et B et si la vitesse de<br />
S2<br />
1<br />
glissement en ces deux points est nulle<br />
→<br />
0<br />
V<br />
→<br />
0<br />
→<br />
( A)<br />
= V ( B)<br />
= 0<br />
alors le vecteur rotation<br />
→<br />
Ω 1 2<br />
est un vecteur directeur de la droite AB passant par les deux points :<br />
→<br />
0<br />
V<br />
→<br />
0<br />
→<br />
1<br />
2<br />
−−→<br />
( B)<br />
= V ( A)<br />
+ Ω ∧ AB = 0 ⇒<br />
→<br />
→<br />
1<br />
−−→<br />
→<br />
Ω<br />
2<br />
∧ AB = 0 ⇔<br />
→<br />
1<br />
2<br />
Ω<br />
−−→<br />
// AB<br />
- Si deux solides et S sont en contact en plus de deux points et si la vitesse de<br />
S1<br />
2<br />
glissement est nulle en tous ces points, ils sont nécessairement portés par le même axe<br />
donc ils sont alignés.<br />
1.2 Transmission par friction d’un mouvement de rotation entre deux cylindres<br />
Soient deux cylindres et de rayons respectifs et R liés à un bâti fixe et ayant<br />
S1<br />
S2<br />
R1<br />
2<br />
des mouvement de rotation d’axes respectifs<br />
→<br />
O , z ) et O,<br />
z )<br />
(<br />
1<br />
→<br />
(<br />
2<br />
Leur vitesse de rotation respective est donnée par :<br />
→<br />
→<br />
0 0<br />
Ω1 = Ω1<br />
z1<br />
et<br />
→<br />
→<br />
0 0<br />
Ω<br />
2<br />
= −Ω<br />
2<br />
z1<br />
→<br />
Soit P un point de contact entre les deux solides. Les axes de rotation sont parallèles à : z 1<br />
.<br />
La condition de roulement sans glissement au point P s’écrira : V 0 ( P)<br />
= 0<br />
→<br />
→<br />
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