55
Chapitre6
Lethéorèmedu momentciné-
tique
6.1.Momentduneforce
6.1.1.Rappels surleproduit vectoriel
Rappelse¤ectué enclasse
6.1.2.Rappels surlesanglesoriens
Rappelse¤ectué enclasse
6.1.3.Momentd’uneforcepar rapportà un pointO
SoitMun pointdemassem,soumisàuneforce ¡!
F.
SoitOun pointxe choisi.
Dé…nition
Lemomentduneforce enOest:
¡!
¦O=¡¡!
OM^¡!
F
Lemomentduneforce estun vecteur.
Remarque6.1Lemomentduneforce dépend dupointOquelonachoisi ; néralement
¡!
¦O6=¡!
¦O0siO6=O0.
6.1.4.Momentd’uneforcepar rapportà un axe ¢
6.1.4.1.Dé…nition
SoitMun pointdemassem,soumisàuneforce ¡!
F.
Soit¢un axexe etOun pointxeappartenantà¢.
Dé…nition
Lemomentduneforce par rapportàlaxe¢estleprojetéde¡!
¦Osurcetaxe:
¦¢=¡!
¦O:¡!
u¢=³¡¡!
OM^¡!
F´:¡!
u¢
L.Menguy,Lycée Montesquieu,LeMans10 janvier2004
56 Chapitre6Lethéorèmedu momentcinétique
Lemomentduneforce par rapportàun axe estun scalaire.
Remarque6.2Lemomentduneforce,pourunaxe¢donné,nedépend pasdupointO
quelonachoisisurcetaxe(explicationdonnée enclasse).
6.1.4.2.Casduneforcecolinéaireà¢
¦¢=¡!
¦O:¡!
u¢=³¡¡!
OM^¡!
F´:¡!
u¢=0
car³¡¡!
OM^¡!
F´estorthogonalà¡!
u¢puisque¡!
Festsuivant¡!
u¢.
6.1.4.3.Notionsdebrasdelevier
Traité enclasse
6.2.Lemomentcinétique
6.2.1.Momentcinétiquepar rapportà un pointO
SoitMun pointdemassem,etsoitOun pointxe choisi.
Dé…nition
LemomentcinétiquedeMenOdansleréférentielRestpardé…nition:
¡!
¾O(M)=R=¡¡!
OM^¡m¡!
v(M)=R¢:
Lemomentcinétiquepar rapportàun pointestun vecteur.
Remarque6.3Ilestimportant,pourdé…nirlemomentcinétique,de bienpréciserleréfé-
rentielRdanslequelilsapplique etaussilepointOauquelestappliquélemomentcinétique.
-Exemple1: lemouvementrectilignepassantparO(traité enclasse)
-Exemple2: lemouvementrectilignenepassantpasparO(traité enclasse).
6.2.2.Momentcinétiquepar rapportà un axe ¢
SoitMun pointdemassem;soit¢un axexe etOun pointxeappartenantà¢.
Dé…nition
LemomentcinétiquedeMpar rapportà¢dansleréférentielRestleprojetéde¡!
¾O(M)=R
surcetaxe:
¾¢(M)=R=¡¡!
¾O(M)=R¢:¡!
u¢=³¡¡!
OM^¡m¡!
v(M)=R¢´:¡!
u¢:
Lemomentcinétiquepar rapportàun axe estun scalaire.
10 janvier2004 L.Menguy,Lycée Montesquieu,LeMans
Section6.3Théorèmedu momentcinétique enréférentielGaliléen57
6.3.Théorèmedu momentcinétique en
référentielGaliléen
6.3.1.Le théorèmedu momentcinétiquepar rapportà un point
O
Lethéorèmedu momentcinétique estune conséquence deprincipefondamentaldela
dynamiqueàpartirduquelilsedémontre. Ona:
¡!
¾O(M)=R=m¡¡!
OM^¡!
v(M)=R
donc
d¡!
¾O(M)=R
dt=mÃd¡¡!
OM
dt!=R
^¡!
v(M)=R+m¡¡!
OM^µd¡!
v(M)
dt=R
=m¡!
v(M)=R^¡!
v(M)=R+¡¡!
OM^µd(m¡!
v(M))
dt=R
=¡¡!
OM^¡!
F(M)
soit
d¡!
¾O(M)=R
dt=¡!
¦O:
quiestlethéorèmedu momentcinétique.
6.3.2.Le théorèmedu momentcinétiqueprojeté surun axe ¢
Lethéorèmedu momentcinétiqueprojetésurun axe¢donne:
µd¡!
¾O(M)=R
dt=¡!
¦O:¡!
u¢
soit
d¾¢(M)=R
dt=¦¢:
6.4.Applications
6.4.1.Lesmouvementsàforcecentrale
Dé…nition
Uneforce centrale estuneforce dontlesupportpassetoujoursparunmêmepointxeO.
Exemples:
-laforce degravitationagissantsurun satelliteautourdelaTerre: lepointOestalors
le centredelaTerre;
L.Menguy,Lycée Montesquieu,LeMans10 janvier2004
58 Chapitre6Lethéorèmedu momentcinétique
-laforce deCoulombagissantsurune chargemobiledelapartdune chargexe: laforce
sappliquantsurlachargemobile est toujoursdirigée versO(chargexe).
SCHEMA A FAIRE
Ona:
¡!
¦O=¡¡!
OM^¡!
F=¡!
0
carlaforce estcentrale,donctoujoursdirigée suivant¡¡!
OM. Onenconclue:
d¡!
¾O(M)=R
dt=¡!
0
donc
¡!
¾O(M)=R=¡!
cte:
Lemomentcinétiquedun mouvementàforcecentraleresteconstant.
Cela a plusieursconséquences.
Lemouvementestplan
¡!
¾O(M)=R=m¡¡!
OM^¡!
v(M)=R=¡!
cte=cte:¡!
uz:
donc¡¡!
OMrestetoujoursorthogonalauvecteurconstant¡!
¾O: latrajectoire estplane etsitué
dansun plan perpendiculaireà¡!
¾OetcontenantO.
Laconstantedesaires
Calculons¡!
¾Odanslesystèmede coordonnéescylindriquesde centreOavec ¡!
uzvecteur
unitairesuivant¡!
¾O.
¡!
¾O(M)=R=m¡¡!
OM^¡!
v(M)=R
=m(rur)^µ¢
r¡!
ur+r
¢
µ¡!
uµ
=mr2¢
µ¡!
uz=¡!
cte
donc
r2¢
µ=constante,
quiestappelée constantedesaires.
Si l’on prend l’exempledelatrajectoiredune comèteautourdu soleil, quand cette comète
sapproche(doncrdiminue)alors
¢
µaugmente: lavitesseangulairedevientplusimportante.
6.4.2.Exempledu pendulesimple
Traité enTD
10 janvier2004 L.Menguy,Lycée Montesquieu,LeMans
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