MECANIQUE RATIONNELLE
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI 6.3. Energie cinétique d’un solide indéformable Dans le cas d’un solide indéformable l’énergie cinétique est donnée par : → → → 0 ( 0 0 0 1 ∫ → 2 V 2 S E = ( M ) dm C → → → 1( 1 1 1 1 Soit R O, x , y , z ) un repère orthonormé fixe et R O , x , y , z ) un repère lié au solide (S) indéformable, en mouvement quelconque tel que O ∈ ( ) . 1 S → Ω1 R1 2 0 Soit : la vitesse de rotation du repère par rapport au repère R et M un point quelconque du solide, nous écrire par la cinématique du solide : → → → −−−→ 0 0 0 V ( M ) = V ( O1 ) + Ω1 ∧ O1M L’énergie cinétique du solide (S) en mouvement par rapport à un repère fixe R 0 a pour expression : dE dt → 0 → C → 0 → = 0 d V ( M ) 0 0 V ( M ) • dm V ( M ) • ∫ = ( M ) dm dt ∫ γ S S dE dt → → ⎛ −−−→ 0 0 ⎞ 0 = V ( O1 ) 1 O1M • ∫ ⎜ + Ω ∧ ⎟ γ ( M ) dm ⎝ ⎠ 0 → C S en utilisant la règle de permutation dans le produit mixte, l’expression devient : dE dt 0 C → 0 = V ( O ) 1 → 0 • ∫ S γ ( M ) dm + Ω → −−−→ → 0 0 1 • ∧ ∫ O1M γ S qui peut s’écrire aussi sous la forme de produit de deux torseurs : dE dt 0 C ⎧ ⎪ = ⎨ ⎪ ⎩V → Ω 0 1 → 0 1 ( O ) ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩ ∫ S • ∫ S → 0 γ ( M ) dm → = −−−→ 0 O M ∧ γ ( M ) dm 1 ( M ) dm [ C] • [ D] La dérivée de l’énergie cinétique est égale au produit des torseurs cinématiques et dynamiques, elle est donc égale à la puissance des quantités d’accélérations absolues. On a vu précédemment, d’après le théorème fondamental de la dynamique que le torseur dynamique est égal au torseur des efforts extérieurs pour un solide indéformable, d’où l’expression finale : dE C = dt P ext O1 O1 364
UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI 6.4. Conservation de l’énergie totale Le théorème de l’énergie cinétique peut alors s’écrire : dE = P dt = dW C ext Si toutes les forces extérieures dérivent d’une fonction potentielle U (r) indépendante du → F ext temps, elles peuvent s’écrire sous la forme : = − grad U (r) et on déduit : dW ext → = F Le théorème de l’énergie cinétique devient : ext • → ext −−−→ d r = −dU (r) dE C = −dU (r) ⇔ d( EC + U ) = 0 et finalement : E C + U = Cte E C + U = E , E : Energie totale Cette expression traduit le théorème de conservation de l’énergie totale. 7. Dynamique des solides en contacts 7.1. Actions de contact entre deux solides : Lois de Coulomb Les lois de coulomb introduisent les notions de frottement de glissement entre les solides. Soient deux solides (S 1 ) et (S 2 ) liés aux repères et R mobiles par rapport à un repère R 0 R1 2 fixe. Les deux solides en mouvement sont assujettis à un contact ponctuel à tout instant en un point I appartenant au plan (P) tangent en ce point aux deux solides. → n normale en I au plan (P) → T ∈ (P) → V g S 2 → n → N I ϕ → R → T (P S 1 Au point de contact des deux solides nous pouvons distinguer : I ∈ : point du solide en contact avec le solide S à l’instant t ; 1 S 1 2 S 2 S1 2 I ∈ : point du solide en contact avec le solide S au même instant t ; R 0 S2 1 I ∈ : la position commune de I1 ∈ S1 et I 2 ∈ S 2 au même instant t ; 365
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Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3<br />
A.KADI<br />
6.4. Conservation de l’énergie totale<br />
Le théorème de l’énergie cinétique peut alors s’écrire :<br />
dE = P dt = dW<br />
C<br />
ext<br />
Si toutes les forces extérieures dérivent d’une fonction potentielle U (r) indépendante du<br />
→<br />
F ext<br />
temps, elles peuvent s’écrire sous la forme : = − grad U (r) et on déduit :<br />
dW<br />
ext<br />
→<br />
= F<br />
Le théorème de l’énergie cinétique devient :<br />
ext<br />
•<br />
→<br />
ext<br />
−−−→<br />
d r = −dU (r)<br />
dE C<br />
= −dU (r) ⇔ d( EC + U ) = 0 et finalement : E C<br />
+ U = Cte<br />
E C + U = E ,<br />
E : Energie totale<br />
Cette expression traduit le théorème de conservation de l’énergie totale.<br />
7. Dynamique des solides en contacts<br />
7.1. Actions de contact entre deux solides : Lois de Coulomb<br />
Les lois de coulomb introduisent les notions de frottement de glissement entre les solides.<br />
Soient deux solides (S 1 ) et (S 2 ) liés aux repères et R mobiles par rapport à un repère<br />
R 0<br />
R1<br />
2<br />
fixe. Les deux solides en mouvement sont assujettis à un contact ponctuel à tout instant<br />
en un point I appartenant au plan (P) tangent en ce point aux deux solides.<br />
→<br />
n normale en I au plan (P)<br />
→<br />
T ∈ (P)<br />
→<br />
V g<br />
S 2<br />
→<br />
n<br />
→<br />
N<br />
I<br />
ϕ<br />
→<br />
R<br />
→<br />
T<br />
(P<br />
S 1<br />
Au point de contact des deux solides nous pouvons distinguer :<br />
I ∈ : point du solide en contact avec le solide S à l’instant t ;<br />
1<br />
S 1<br />
2<br />
S 2<br />
S1<br />
2<br />
I ∈ : point du solide en contact avec le solide S au même instant t ;<br />
R 0<br />
S2<br />
1<br />
I ∈ : la position commune de I1 ∈ S1<br />
et I<br />
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∈ S<br />
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au même instant t ;<br />
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