Bonjour,
Problème de principe : je sais démontrer le théorème du moment cinétique à partir du PFD.
Par contre, je ne comprends pas que l'on puisse tirer du principe, en faisant un produit vectoriel, un outil qui permette de faire apparemment plus qu'avec le PFD directement.
Ce qui me "choque", c'est qu'apparemment on ne peut pas traiter les cas de rotation ou de couples directement à partir du PFD.
Pouvez-vous éclairer ma lanterne ? Par exemple en proposant un exercice adapté au théorème du moment cinétique qui se traite avec le PFD directement.
Merci d'avance !
Bonjour
Difficile de répondre avec précision à une telle question sans connaître exactement ton programme. Quelques éléments tout de même...
D'abord en mécanique du point : Le théorème du moment dynamique étant une conséquence du PFD, les deux méthodes peuvent être utilisées indifféremment. Exemple : mouvement d'oscillation d'un pendule simple. Cependant, le moment cinétique joue un rôle particulier et important lorsque les forces ont un moment identiquement nul en un point donné O : c'est le cas des forces centrales en particulier. Dans ce cas, le moment cinétique calculé en O reste indépendant du temps et il est toujours très intéressant en physique de pouvoir considérer certaines grandeurs fixes dans le temps. Pour étudier le mouvement d'une planète autour du soleil, il est très utile de considérer à la fois le moment cinétique calculé au centre du soleil et l'énergie mécanique comme fixes au cours du temps.
En mécanique du solide : je ne développe pas sans savoir si cela est à ton programme ; disons très schématiquement que le PFD permet d'obtenir le mouvement du centre d'inertie G et le théorème du moment cinétique permet d'obtenir le mouvement de rotation du solide autour de G...
Pour le programme : CAPES/agrégation.
Le pendule oscillant est un bon exemple où les deux approches sont courantes. Mais pour un couple par exemple, comment pourrait-on utiliser le PFD sans tricher (sans refaire implicitement la démonstration du théorème du moment cinétique) ?
Autre exemple : soit une simple balance de Roberval (balance sur les marchés) : le PFD nous indique que le centre de gravité ne bouge pas (somme des poids et réaction nulle) mais ne dit rien quant à une rotation éventuelle : il semble qu'il faille passer par le théorème du moment cinétique... qui pourtant dérive du PFD. Bizarre !
Bonjour
L'équivalence que j'ai évoquée est valide en mécanique du point. En mécanique du solide : le "découpage" du solide en masses élémentaires quasi ponctuelles conduit à prendre en compte les actions extérieures mais aussi les actions intérieures au solide assurant la rigidité de celui-ci. En tenant également compte du principe des actions réciproques, on arrive à démontrer l'équivalence à chaque instant, dans un référentiel galiléen, du torseur dynamique du solide et du torseur des actions extérieures, les deux torseurs étant calculés au même point. Cette équivalence peut se traduire par deux relations :
1° le théorème du centre d'inertie qui permet d'obtenir l'accélération du centre d'inertie en fonction de la résultante des actions extérieures ;
2° le théorème du moment dynamique (souvent appelé théorème du moment cinétique dans la mesure ou le moment dynamique est très souvent la dérivée par rapport au temps du moment cinétique) qui permet de déterminer le mouvement de rotation autour du centre d'inertie.
Le torseur est plus que le PFD.
En fait, le PFD ne tient aucun compte du point d'application des forces. De ce point de vue, le théorème du moment met en oeuvre une notion, le point d'application, et donc ne me paraît pas équivalent au PFD.
Un couple illustre bien la non équivalence : avec le PFD, il semble qu'on ait un équilibre alors qu'avec le théorème du moment cinétique on peut bien avoir un mouvement.
Mon raisonnement est-il bien correct ? ?
Bonjour
Je ne sais pas ce que tu appelles PFD en mécanique du solide.
Pour moi : la seconde loi de Newton ou PFD s'applique uniquement à une masse ponctuelle, toutes les actions exercées sur ce point ayant évidemment comme " point d'application" la masse ponctuelle.
Maintenant, en mécanique du solide, on découpe le solide en une juxtaposition de masses ponctuelles, on applique le PFD à chacune de ses masses ponctuelles et on obtient les résultats que j'ai détaillés dans mon message du 12-05-16 à 09:50.
La notion de point d'application d'une force en mécanique du solide n'a pas toujours de sens et cela n'est pas gênant. J'ai lu dans certains ouvrages que le centre de gravité est "le point d'application du poids", comme si la terre pouvait attirer, par exemple, un cerceau à partir d'un point, son centre de gravité, qui n'appartient pas au cerceau...
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