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moment cinétique d'u solide.

Posté par
MisterJack
16-03-13 à 20:51

Bonjour,
voilà j'ai un problème avec un devoir. Voici l'énoncé :

Un demi disque (S) est lié en C à l'extrémité d'ue tige OC de longueur L et de masse négligeable. Cette tige tourne autrour de l'axe Oz avec une vitesse constante \omega en restant dans le plan xOy ( voir figure ). Le plan de (S) reste vertical et constamment perpendiculaire à OC confondu avec Ox'.
On admettra que le torseur des actions de contact s'exerçant en C a comme éléments de réduction en C en projection dans R' ( C,x',y',z') :

a) Rx'; Ry'; Rz'
b) 0x' ; My' ; Mz'
On note :
\Psi=\omega t
\Phi=(\vec{Cz};\vec{Cz'})
1°)
Calculer \vec{V(G)^R}, vitesse de G par rapport à R, en projection sur R'.( j'ai résolu cette question ).
2°)
Voici la question qui me pose problème.
Donner les composantes sur les axes de R'  du moment cinétique en G de (S) relatif au repère R.

Indications :

Dans une question précédente on nous a fait calculer la matrice d'inertie en G relative aux axes Gx', Gy', Gz'. Matrice JG diagonale dont les éléments diagonaux s'écrivent I1, I2 et I3, et que j'ai calculé.

Cela fait plusieurs jours que je cherche, sans succès.
Comment faire ?

Je vous remercie par avance.

moment cinétique d\'u solide.

Posté par
WilliamM007
re : moment cinétique d'u solide. 16-03-13 à 21:39

Bonjour.

Un théorème de König peut-être ? Accompagné de la formule moment=J, où J=r²dm

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 08:56

Bonjour,
bien sûr.....mais justement le problème est que le mouvement n'est pas plan et que d'autrepart  la matrice d'inertie dans le théorème de Koenig est celle calculée dans le repère R* ( barycentrique ) alors qu'ici on nous a fait calculer cette matrice dans le repère R'.
Ou je me trompe ?

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 09:00

Alors peut-on malgré tout écrire :

\vec{L_R(G)}=J_G \omega_{(S)/R} avec J_G la matrice calculée dans R'.

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 11:26

bonjour,

Citation :
la matrice d'inertie dans le théorème de Koenig est celle calculée dans le repère R* ( barycentrique ) alors qu'ici on nous a fait calculer cette matrice dans le repère R'.


il faut utiliser le théorème de Huygens:

http://scienc.industrielles.free.fr/S2I%20en%20PSI/nouveausite/mecanique/pdf/huygens.pdf

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 12:01

Bonjour,
d'abord merci de votre réponse. Mais il reste un petit problème. Les axes de R*( barycentrique ) et R' ne sont pas du tout parallèles ( voir figure ) donc je ne vois pas comment appliquer Huygens...à moins qu'il existe un autre théorème de Huygens permetant de passer de R' à R*, théorème qui n'est pas dans mon cours.
D'autre part le lien ne fonctionne pas.
Merci encore.

PS : Le problème a été posé en 1980 aux ENSI.

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 19:00




j'ai du mal à te suivre:

Citation :
Dans une question précédente on nous a fait calculer la matrice d'inertie en G relative aux axes Gx', Gy', Gz'. Matrice JG diagonale dont les éléments diagonaux s'écrivent I1, I2 et I3,


donc tu as la matrice d'inertie du solide en G exprimée dans R' (lié au solide)


G* = JG (S)/R

mais tu as le droit d'utiliser R' comme base de projection donc d'exprimer JG et dans R'

pour JG c'est fait, il te reste à exprimer (S)/R dans R' et tu trouves G* exprimé dans R'


sauf erreur

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 21:59

Hello krinn,
oui oui je m'intérroge effectivement car dans la formule du cours :

\vec{\sigma_G}^R=J_G^R\times\omega_{(S)/R}( exprimée dans R')

le J_G^R n'est pas celui qu'on nous a fait calculer. Ce J_G^R de la formule doit être  la matrice d'inertie calculée dans le repère barycentrique (G,x,y,z), or celui qu'on nous a fait calculer J_G^R'dans une question précédente l'a été dans (G,x',y',z') qui n'est pas du tout le repère barycentrique.
Mais tu as peut-être raison....il y a quelque chose qui m'échappe.
En tout cas merci encore une fois.

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 17-03-13 à 23:55


quand on écrit : * = G/R = JG (S) / R

on a le droit de calculer JG et (S) / R dans la base que l'on veut
(car un vecteur peut s'exprimer dans plusieurs bases, de même pour J)

et on s'arrange normalement pour que les coeff de la matrice d'inertie soient constants, donc on prend en général un repère lié au solide comme base (ici R') , et non pas R*

mais il n'empêche que tu calcules G/R mais exprimé dans une base qui n'est pas R, ni R* mais R' (dans cet exo)

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 18-03-13 à 07:55

Bonjour krinn,
effectivement je viens de comprendre mon incompréhension . En fait JGR' c'est JGR exprimée dans R'. C'est sur ce point que j'avais du mal. En fait on calcule par rapport à R mais on projète dans R'. Maintenant c'est OK.
Merci de tes explications.

Posté par
MisterJack
vitesse du centre de gravité 22-03-13 à 22:46

Bonjour,

j'ai un petit problème pour calculer la vitesse du centre de gravité dans R ( mais exprimée ) dans R', dans le cas suivant :

"Un demi disque (D) est lié en C à l'extrémité d'ue tige OC de longueur L et de masse négligeable. Cette tige tourne autrour de l'axe Oz avec une vitesse constante  en restant dans le plan xOy ( voir figure ). Le plan de (S) reste vertical et constamment perpendiculaire à OC confondu avec Ox'." (Voir figure).

En fait je trouve deux résultats différents selon la méthode de calcul.

a) dérivation de \vec{OG}

\vec{V(G)}=-\omega l sin(\Phi) \vec{x'}+(\omega} l cos(\Phi)+\frac{4a}{3 \pi} \Phi') \vec{y'}-\omega l sin(\Phi) \vec{z'}

b) composition des vitesses.

\vec{V(G)}=(\omega} l cos(\Phi)+\frac{4a}{3 \pi} \Phi') \vec{y'}-\omega l sin(\Phi) \vec{z'}

J'ai l'impression que a) n'est pas valable ( j'ai comme le sentiment que la composante de la vitesse sur x' est nulle. )  mais n'en suis pas très sûr.

Merci d'avance pour vos explications.

vitesse du centre de gravité

*** message déplacé ***

Posté par
Coll Moderateur
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 07:26

Bonjour,

Rappel : le multi-post n'est pas toléré dans ce forum.
 

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 08:09

bonjour,

je trouve:

V G/R = -d'sin\Phi x' +(d\Phi' +L'cos\Phi) y' -L'sin \Phi z'

tu as dû te tromper dans la composition des vitesses:
la vitesse relative par rapport à R1 est le terme d\Phi'y'
la vitesse d'entraînement c'est le reste

sauf erreur

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 08:10

en posant OC=L CG=d

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 09:09

Bonjour Krinn,

oui effectivement pour la réponse a) je me suis trompé en retranscrivant. La composante sur \vec{x'} est bien :

-\frac{4a}{3 \pi} \omega sin(\Phi)

avec

CG=\frac{4a}{3 \pi}

Bon, donc contrairement à mon "intuition", c'est donc bien la a) ( rectifiée ) qui est la bonne répnse. Merci Krinn.

A Coll :

oui désolé.

Posté par
krinn Correcteur
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 10:25

ton intuition est fausse car G est désaxé par rapport au plan (Cx'z)

le champ de vitesse d'un corps en rotation autour d'un axe fixe Oz est le suivant: (cf figure)

seuls les points dans le plan (O,x'z) ont une vitesse nulle selon x' mais les autres ont une composant sur x' car

V(P) = ^ OP (qui est normal à OP, pas à x'

moment cinétique d\'u solide.

Posté par
MisterJack
re : moment cinétique d'u solide. 23-03-13 à 15:41

Hello,
bien vu krinn, compris. Je vais tacher de retenir ça.
Merci.



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