MECANIQUE RATIONNELLE
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI Le centre instantané de rotation (C.I.R.) se trouve à l’intersection des normales aux vecteurs → → 0 ( B vitesses V 0 ( A) à partir du point A et V ) à partir du point B . Cette méthode est souvent utilisée pour vérifier les coordonnées du (C.I.R.) déterminé déjà analytiquement. Dans le cas particulier d’un disque, il est très facile de le vérifier : Les vitesses aux points A et B sont tangentes aux disques. En traçant les deux perpendiculaires aux vitesses Respectivement en A et B, leur point d’intersection A est le point I centre du disque ayant une vitesse nulle. → 0 V ( A) B I → V 0 ( B) 3. Base et roulante Le centre instantané de rotation (C.I.R.) est un point mobile par rapport à R 0 et par rapport au repère R 1 lié au solide. Il décrit deux courbes différentes dans les deux repères, on appelle alors : - Base du mouvement : du plans (P S ) du solide sur le plan ( π ) , la trajectoire du point I dans le repère R 0 ; - Roulante du mouvement : du plans (P S ) du solide sur le plan ( π 0 ) , la trajectoire du point I dans le repère R 1 ; Nous pouvons exprimer le vecteur vitesse du point I dans le repère R 0 , nous avons en effet : → 0 V −→ 0 d OI ( I) = dt d = 0 −→ −→ ( OO1 + O1I ) = V dt → 0 −→ 0 d O1I ( O1 ) + dt En introduisant les coordonnées du point I dans le repère R 1 tel que : ⎧xI −−→ → → ⎪ O 1I = xI x1 + yI y1= ⎨yI ; ⎪ R ⎩ 0 1 Par la formule de la cinématique du solide nous pouvons écrire : 0 −→ 0 d O1I dt −→ 1 → −→ → → d O −→ 1I 0 1 0 = + Ω1 ∧ O1 I = V ( I) + Ω1 ∧ O1 I dt 286
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI on obtient finalement → → → → −→ 0 1 0 0 V ( I) = V ( I) + V ( O1 ) + Ω1 ∧ O1I Comme le point I est le centre instantané de rotation, son expression analytique est donnée par : → → −→ 0 0 → Ω1 ∧V ( O1 ) −→ → 0 0 O 1I = ⇒ Ω → 2 1 ∧ O1I = −V ( O1 ) ⎛ 0 ⎞ ⎜ Ω 1 ⎟ ⎝ ⎠ 0 1 On obtient alors : V ( I) = V ( I ) → → Cette égalité indique que la vitesse du centre instantané de rotation est la même dans les deux repères à et R . R0 1 Il en résulte que la base et la roulante sont deux courbes tangentes en I à chaque instant. L’égalité des vitesses au point I dans les deux repères montre que la roulante roule sans glisser sur la base. 3.1. Equation de la base O1 R1 0 La position du point centre du repère lié au solide par rapport au repère fixe R est ⎧x −−→ → → ⎪ définie par ses coordonnées dans le repère R 0 : OO1 = x x0 + y y0 = ⎨y ; ⎪ R ⎩0 0 La position du point I dans le repère R 1 est donnée par : → → −→ 0 0 Ω1 ∧V ( O1 ) O 1I = qui s’écrit → 2 ⎛ 0 ⎞ ⎜ Ω 1 ⎟ ⎝ ⎠ aussi sous la forme : • → → −→ 0 ψ z0 ∧V ( O1 ) O 1 I = , or nous avons : • 2 ψ −−→ −−→ −−→ → 0 0 0 • 0 • → • → 0 d OO1 d OO1 d ψ d OO1 dx dy ( O1 ) = = = ψ = ψ x0 + ψ y0 V dt dψ dt dψ dψ dψ → En remplaçant l’expression de V 0 ( ) → O1 dans celle de nous obtenons : − I −→ O I 1 O1 • → → 0 ψ z → → → → → 0 ∧V ( O1 ) ⎛ dx dy ⎞ dx dy = = z ∧ ⎜ + ⎟ = − • 0 x0 y0 y0 x0 2 dψ dψ dψ dψ ψ ⎝ ⎠ 287
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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 />
on obtient finalement<br />
→ → →<br />
→ −→<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
V ( I)<br />
= V ( I)<br />
+ V ( O1<br />
) + Ω1<br />
∧ O1I<br />
Comme le point I est le centre instantané de rotation, son expression analytique est donnée<br />
par :<br />
→<br />
→<br />
−→<br />
0 0<br />
→<br />
Ω1<br />
∧V<br />
( O1<br />
)<br />
−→ →<br />
0<br />
0<br />
O<br />
1I<br />
=<br />
⇒ Ω<br />
→<br />
2<br />
1<br />
∧ O1I<br />
= −V<br />
( O1<br />
)<br />
⎛ 0 ⎞<br />
⎜ Ω<br />
1<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
0<br />
1<br />
On obtient alors : V ( I)<br />
= V ( I )<br />
→<br />
→<br />
Cette égalité indique que la vitesse du centre instantané de rotation est la même dans les deux<br />
repères à et R .<br />
R0<br />
1<br />
Il en résulte que la base et la roulante sont deux courbes tangentes en I à chaque instant.<br />
L’égalité des vitesses au point I dans les deux repères montre que la roulante roule sans<br />
glisser sur la base.<br />
3.1. Equation de la base<br />
O1<br />
R1<br />
0<br />
La position du point centre du repère lié au solide par rapport au repère fixe R est<br />
⎧x<br />
−−→ → →<br />
⎪<br />
définie par ses coordonnées dans le repère R 0<br />
: OO1 = x x0<br />
+ y y0<br />
= ⎨y<br />
;<br />
⎪<br />
R ⎩0<br />
0<br />
La position du point I dans le repère R<br />
1<br />
est donnée par :<br />
→<br />
→<br />
−→<br />
0 0<br />
Ω1<br />
∧V<br />
( O1<br />
)<br />
O<br />
1I<br />
=<br />
qui s’écrit<br />
→<br />
2<br />
⎛ 0 ⎞<br />
⎜ Ω<br />
1<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
aussi sous la forme :<br />
• →<br />
→<br />
−→<br />
0<br />
ψ z0<br />
∧V<br />
( O1<br />
)<br />
O<br />
1<br />
I =<br />
, or nous avons :<br />
•<br />
2<br />
ψ<br />
−−→<br />
−−→<br />
−−→<br />
→<br />
0<br />
0<br />
0 • 0<br />
• → • →<br />
0 d OO1<br />
d OO1<br />
d ψ d OO1<br />
dx dy<br />
( O1<br />
) = =<br />
= ψ = ψ x0<br />
+ ψ y0<br />
V<br />
dt<br />
dψ<br />
dt<br />
dψ<br />
dψ<br />
dψ<br />
→<br />
En remplaçant l’expression de V 0 ( )<br />
→<br />
O1 dans celle de nous obtenons :<br />
−<br />
I<br />
−→<br />
O I<br />
1<br />
O1<br />
• → →<br />
0<br />
ψ z<br />
→<br />
→ →<br />
→ →<br />
0<br />
∧V<br />
( O1<br />
) ⎛ dx dy ⎞ dx dy<br />
= = z ∧ ⎜ + ⎟ = −<br />
•<br />
0<br />
x0<br />
y0<br />
y0<br />
x0<br />
2<br />
dψ<br />
dψ<br />
dψ<br />
dψ<br />
ψ<br />
⎝<br />
⎠<br />
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