MECANIQUE RATIONNELLE

07.12.2014 Views

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI → y 0 → y 0 → y 1 B B 0 θ 0 R → → A x 1 • G 0 G • θ θ O → 1 A x0 O A 0 Solution : x(t) → → → 0 ( 0 0 0 → → → 1( 1 1 1 R O, x , y , z ) repère fixe et R A, x , y , z ) est tel que : → • → • → 0 Ω1 = θ z0 = θ z1 1. Vecteurs : position, vitesse et accélération absolue du point G ; L 2 −−→ −−→ −−→ → → OG = OO1 + O1G = x x0 + cosθ y0 −−→ = OG ⎧ ⎪L x ⎨ cosθ ⇒ ⎪ 2 R ⎩ 0 0 • ⎧ → ⎪ L x • 0 V ( G) = ⎨− θ sinθ ; ⎪ 2 R ⎪ 0 ⎩ 0 •• ⎧ ⎪ x → ⎛ •• • 0 L 2 ⎞ γ ( G) = ⎨− ⎜θ sinθ + θ cosθ ⎟ ; ⎪ 2 ⎝ ⎠ ⎪ 0 R ⎩ 0 2. Théorème de la résultante dynamique au point G ; La résultante des forces extérieures appliquées à la barre est égale à la masse de la barre par l’accélération de son centre d’inertie. Le sol est lisse, alors la réaction au point A est suivant l’axe (O, y) donc normale au plan horizontal. → R A → → + P = mγ 0 ( G) (1) La projection de cette équation vectorielle sur les axes donne : •• •• m x = 0 ⇔ x = 0 (2) • L ⎛ •• 2 ⎞ R Ay − P = −m ⎜θ sinθ + θ cosθ ⎟ (3) 2 ⎝ ⎠ La barre tombe sans vitesse initiale alors : Comme x = Cte • x = 0 ⇒ x = Cte alors le centre d’inertie G de la barre tombe verticalement. 376

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3 A.KADI L’équation (3) s’écrit : R Ay • L ⎛ •• 2 ⎞ = mg − m ⎜θ sinθ + θ cosθ ⎟ 2 ⎝ ⎠ 3. Théorème du moment dynamique au point G ; Le moment des forces extérieures est égal au moment dynamique de la barre. ∑ M ( Fext ) / G = δ G ( S / R0 ) (4) i → → ⎧ ⎪ ⎪ L sinθ 2 L → −→ → → ∑ M ( Fext ) / G = GA∧ RA = ⎨− cosθ ∧ ⎨RAy = ⎨ 0 = RAy sinθ z0 i 2 2 ⎪ ⎪0 R ⎪⎩ 0 R 0 ⎧ 0 ⎪ ⎪ ⎩ 0 ⎧ ⎪ ⎪L ⎪ R R ⎩ 2 0 Ay 0 sinθ Le moment dynamique est égal à la dérivée du moment cinétique au point G : → → 0 d σ G ( S / R ) → 0 δ G ( S / R0 ) = or nous avons : σ G ( S / R ) = I G dt 2 ⎡mL ⎤ ⎢ 0 0 ⎥⎛ 0⎞ → 12 ⎜ ⎟ mL mL σ G ( S / R0 ) z ⎢ mL ⎥⎜ ⎟ 12 12 0 0 ⎝θ ⎠ R ⎢⎣ 12 ⎥⎦ 2 • → 2 • → = ⎢ ⎥ ⎢ 0 0 0 ⎥⎜ 0⎟ = θ z1 = θ 0 2 • 1 → → 0 2 d σ •• → G ( S / R0 ) mL δ G ( S / R0 ) = = θ z0 dt 12 → 0 0 . Ω1 L L En égalisant les deux expressions on obtient : R 2 •• θ R = mL Ay (5) 6 sinθ Ay 2 mL •• sinθ = θ 12 •• 4. Expression de l’accélération angulaire θ en fonction de L, , θ et g . θ • En remplaçant l’expression de décrivant la chute de la barre : R Ay dans l’équation (3) on déduit l’équation différentielle 377

UMBB Boumerdès, Faculté des sciences, Département de physique<br />

Cours exercices, Mécanique Rationnelle : TCT et LMD-ST sem :3<br />

A.KADI<br />

→<br />

y<br />

0<br />

→<br />

y 0<br />

→<br />

y 1<br />

B<br />

B 0<br />

θ 0<br />

R → →<br />

A x<br />

1<br />

• G 0<br />

G<br />

•<br />

θ<br />

θ<br />

O → 1 A<br />

x0<br />

O A 0<br />

Solution :<br />

x(t)<br />

→ → →<br />

0<br />

(<br />

0 0 0<br />

→ → →<br />

1( 1 1 1<br />

R O,<br />

x , y , z ) repère fixe et R A,<br />

x , y , z ) est tel que :<br />

→ • → • →<br />

0<br />

Ω1 = θ z0<br />

= θ z1<br />

1. Vecteurs : position, vitesse et accélération absolue du point G ;<br />

L<br />

2<br />

−−→ −−→ −−→ →<br />

→<br />

OG = OO1 + O1G<br />

= x x0<br />

+ cosθ<br />

y0<br />

−−→<br />

=<br />

OG<br />

⎧<br />

⎪L x<br />

⎨ cosθ ⇒<br />

⎪ 2<br />

R ⎩ 0<br />

0<br />

•<br />

⎧<br />

→ ⎪<br />

L x<br />

•<br />

0<br />

V ( G)<br />

= ⎨−<br />

θ sinθ<br />

;<br />

⎪ 2<br />

R<br />

⎪ 0<br />

⎩<br />

0<br />

••<br />

⎧<br />

⎪<br />

x<br />

→<br />

⎛<br />

••<br />

•<br />

0 L<br />

2 ⎞<br />

γ ( G)<br />

= ⎨−<br />

⎜θ<br />

sinθ<br />

+ θ cosθ<br />

⎟ ;<br />

⎪ 2 ⎝<br />

⎠<br />

⎪ 0<br />

R ⎩<br />

0<br />

2. Théorème de la résultante dynamique au point G ;<br />

La résultante des forces extérieures appliquées à la barre est égale à la masse de la barre par<br />

l’accélération de son centre d’inertie. Le sol est lisse, alors la réaction au point A est suivant<br />

l’axe (O, y) donc normale au plan horizontal.<br />

→<br />

R A<br />

→<br />

→<br />

+ P = mγ 0 ( G)<br />

(1)<br />

La projection de cette équation vectorielle sur les axes donne :<br />

••<br />

••<br />

m x = 0 ⇔ x = 0<br />

(2)<br />

•<br />

L ⎛<br />

••<br />

2 ⎞<br />

R Ay<br />

− P = −m<br />

⎜θ<br />

sinθ<br />

+ θ cosθ<br />

⎟ (3)<br />

2 ⎝<br />

⎠<br />

La barre tombe sans vitesse initiale alors :<br />

Comme<br />

x = Cte<br />

•<br />

x<br />

= 0<br />

⇒<br />

x = Cte<br />

alors le centre d’inertie G de la barre tombe verticalement.<br />

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