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Niveau maths sup
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Cinématique du point encoordonnées cartésiennes

Posté par
Elfenora
08-09-20 à 21:33

Bonjour, je vous remercie par avance de votre aide car je ne comprend vraiment pas cet  exercice et j'aimerai un peu d'aide.

Une barre OB, de longueur 2a, et de milieu A, tourne autour d'un axe Oz à la vitesse angulaire ω constante. Une deuxième barre AM de longueur a tourne autour de l'axe (A, vecteur ez), à la vitesse angulaire ω' constante par rapport à la barre OB.
On définit le référentiel R lié à (Ox, Oy, Oz) et le référentiel R' lié à la tige OB.
On définit les bases de vecteurs orthonormées directes suivantes : (vecteurs ex, ey, ez) et (vecteurs e'x, e'y, e'z).
On suppose qu'à t=0, AM est confondue avec AB, elle-même confondue avec l'axe (Ox).
1. Déterminer l'expression de la vitesse vecteur vM/R' du point M dans le référentiel R'. On exprimera ce vecteur dans la base (vecteurs e'x, e'y, e'z) en fonction de a, ω'.
2. Déterminer l'expression de la vitesse vecteur vM/R du point M dans le référentiel R. On exprimera cette vitesse dans la base de vecteurs (e'x, e'y, e'z) en fonction de a, ω' et ω.
3. Calculer l'accélération du point M dans R en fonction de ω, ω', vecteur AM et vecteur OA.

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 21:41

Bonsoir
Commence par faire un schéma propre que tu pourras scanner et poster ici. Poste aussi ce que tu as réussi à faire et ce que tu ne comprends pas.

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 21:58

Tout d'abord, merci de votre réponse.
Alors pour la question 1, je me suis placée dans la base (vecteurs e'x, e'y, e'z).
Comme le point M a une trajectoire circulaire de centre A, alors le vecteur vitesse, tangent à la trajectoire, sera perpendiculaire à AM. Mais ensuite, comment relier ces informations à la vitesse angulaire ω' et à mes vecteurs e'x et e'y?

Cinématique du point encoordonnées cartésiennes

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 22:30

Dans le repère R', la vitesse de M peut effectivement se mettre sous la forme :

\overrightarrow{V_{M/R'}}=a.\omega'.\overrightarrow{e_{\theta'}}

\overrightarrow{e_{\theta'}} est un vecteur unitaire que tu peux facilement exprimer en fonction de \overrightarrow{e'_{x}} et de \overrightarrow{e'_{y}}.

Ensuite, il te faudra trouver la vitesse d'entraînement de M pour obtenir la vitesse absolue, c'est à dire la vitesse dans R.

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 22:39

Merci, mais je ne vois pas comment vous représentez le vecteur e' par rapport aux vecteurs e'x et e'y et qu'est-ce que vous appelez la vitesse d'entrainement de M?
Désolée si mes questions vous paraissent idiotes.

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 22:47

C'est un vecteur colinéaire au vecteur vitesse donc, comme tu l'as écrit, un vecteur perpendiculaire à AM donc un vecteur tel que l'angle :

\left(\overrightarrow{e'_{x}},\overrightarrow{e_{\theta'}}\right)=\frac{\pi}{2}+\theta'
Il faut le représenter sur la figure puis faire les projections habituelles.

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 23:01

Mais du coup dans l'expression du vecteur vM/R', ce n'est pas seulement en fonction de a et ω', il y a aussi du cos θ et du sin θ non?

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 23:08

Citation :
qu'est-ce que vous appelez la vitesse d'enfantinement de M?

Dans la mesure où l'énoncé demande de déterminer la vitesse dans R' avant de déterminer la vitesse dans M, on peut penser que le concepteur de cet énoncé s'attend à ce que les étudiants utilisent la méthode dite de "composition des vitesses et des accélérations", méthode utilisant les notions de vitesse relative et de vitesse d'entraînement. Si tu n'as pas étudié cette méthode, le calcul direct de la vitesse dans R est possible mais un peu fastidieux...

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 23:10

Ah... justement on n'a toujours rien vu de nouveau par rapport au programme de terminale donc je ne vois pas comment faire.

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 08-09-20 à 23:35

As-tu réussi à obtenir la vitesse dans R' ?
Sans cours de niveau (bac+1), cet exercice me parait difficile... Cet exercice est demandé par ton professeur ou tu l'as trouvé dans un livre ? Dans la seconde hypothèse, je te conseille d'attendre un peu et d'avoir vu le cours de cinématique de niveau (bac+1) pour le traiter.
Si cet exercice est demandé par ton professeur, je te propose la méthode suivante qui a l'avantage de ne pas faire intervenir de nouveautés par rapport à la terminale :
Exprimer le vecteur position \vec{OM} dans la base mobile \left(\overrightarrow{e'_{x}},\overrightarrow{e'_{y}}\right) puis dériver par rapport au temps dans le repère fixe R. Attention : ces vecteurs unitaires sont de norme constante mais ils tournent au cours du temps : leurs dérivées par rapport au temps ne sont donc pas nulles.

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 09-09-20 à 12:29

Citation :
Mais du coup dans l'expression du vecteur vM/R', ce n'est pas seulement en fonction de a et ω', il y a aussi du cos θ et du sin θ non?

Plus précisément : cos(') et sin(') interviennent dans le résultat demandé.

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 09-09-20 à 19:46

Re bonjour.
Alors du coup c'est bien mon professeur qui me demande cet exercice (sinon ça serait pas drôle… ).
Pour la première question, en exprimant le vecteur eθ' avec les vecteurs ex' et ey' (la vitesse est nulle selon ez'), j'obtiens vecteur VM/R'=aω'(-sin(θ')(vecteur ex')+cos(θ')(vecteur ey')).
Déjà, est-ce que c'est bon ? Mais dans le sujet on me demande seulement en fonction de a et ω' et je ne vois pas comment faire.
Merci beaucoup de votre aide

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 09-09-20 à 20:55

Bravo ! C'est bien cela !

Pour la suite et à titre provisoire, je te conseille d'oublier ce que j'ai écrit sur la composition des vitesses et des accélérations et d'utiliser la méthode décrite hier dans mon message de 23h35. Tu vas obtenir un résultat dépendant des variables a, et ' mais aussi des sinus et cosinus des angles et'.

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 09-09-20 à 20:58

pardon : il faut lire : "mais aussi des sinus et cosinus de l'angle '."

Posté par
Elfenora
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 10-09-20 à 18:28

Alors, à la fin de la question 1, après avoir obtenu la vitesse en fonction de ω' et θ', on sait que ω'=dθ'/dt donc θ'(t)=ω't.
Donc finalement, (en mettant les vecteurs en gras) vM/R'=aω'(-sin(ω't)ex'+cos(ω't)ey').
Ensuite, pour la question 2, comme vous me l'avez dit, j'ai exprimé OM dans la base mobile (ex',ey'), cela me donne OM=OA+AM=(a+acosθ')ex'+asinθ'ey'.
Ensuite je dérive par rapport au temps donc vM/R=-aω'cos(ω't)ex'+(a+acos(ω't))(dex'/dt)+aω'cos(ω't)ey'+(asin(ω't))(dey'/dt)
Et là je ne sais pas du tout comment dériver mes vecteurs unitaires.
Si vous pouviez m'aider, merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Cinématique du point encoordonnées cartésiennes 10-09-20 à 20:44

Tu peux exprimer e'x en fonction de et des vecteurs unitaires fixes ex et ey. Dérives par rapport au temps. Tu devrais arriver à une dérivée de  e'x par rapport au temps égale à   .e'y . Méthode analogue pour la dérivée de e'y par rapport au temps.



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