24 Eléments de dynamique
3.1.2 Composition des vitesses.
Considérons un repère fixe, R, et un second repère R0dont l’origine O0est en
mouvement par rapport à R. Pour simplifier, supposons que les axes restent parallèles à
ceux de R:R0=nO0;−→
i,
−→
j,
−→
ko.
Posons −−−→
O0M=x0−→
i+y0−→
j+z0−→
k.
Les coordonnées de Mpar rapport à R0sont {x0,y
0,z
0}.
La vitesse de Mpar rapport à R0est −→
VM/R0:= dx0
dt −→
i+dy0
dt −→
j+dz0
dt −→
k. Nous notons
−→
VR0/R,la vitesse de O0par rapport à R. En dérivant la relation −−→
OM =−−→
OO0+−−−→
O0Mpar
rapport au temps on obtient −→
VM/R =−→
VO0/R +−→
VM/R0ce que l’on note sous la forme
−→
VM/R =−→
VM/R0+−→
VR0/R
Cette expression est la loi de composition des vitesses.
Exemple. Un observateur terrestre, R, regarde un avion, M, porté par un vent de
vitesse v0−→
i.Soit R0le référentiel emporté par le vent, −→
vR0/R =v0−→
i. Par rapport à l’air
qui le porte, l’avion se déplace avec la vitesse −→
vM/R0=w−→
u(voir la figure ci-dessous).
fig. 3.1 : Composition des vitesses.
Relativement à l’observateur terrestre la vitesse de l’avion est −→
vM/R telle que
−→
vM/R =w−→
u+v0−→
i.L’avion semble se déplacer "en crabe". C’est très sensible par un
vent de travers, avec de petits avions dont la vitesse n’est pas trop grande par rapport à
celle du vent.
Lorsque −→
u=−→
i,le problème est un problème à une dimension. Dans ce cas on
trouve −→
vM/R =v−→
iavec v=v0+w. Si les deux vitesses −→
vR0/R et −→
vM/R0sont de
même sens, celui de −→
ipar exemple, il vient v0>0,w>0et v=|w|+|v0|,les vitesses
s’additionnent. Par contre, lorsque les vitesses sont de sens contraires, pour v0<0et
w>0par exemple, on trouve v=|w|−|v0|,les vitesses se soustraient.
Dans la suite du cours, nous utiliserons un repère galiléen, R, choisi une fois pour
toutes. Nous considérons ce repère comme un repère fixe et nous abandonnons l’expression
"par rapport à R" pour désigner la vitesse et l’accélération d’un mobile ; de même nous
écrirons −→
vet non plus −→
v/R.
3.1.3 Le principe fondamental de la dynamique.
Le principe fondamental de la dynamique postule l’existence de repères
privilégiés, appelés "repères galiléens", où toute masse ponctuelle m, soumise à une force
−→
Fest animée d’une accélération −→
γtelle que
−→
F=m−→
γ(3.1)