L2 PMSI – 2017 Formulaire de la m´ecanique des syst`emes 1
Formulaire
de la M´ecanique des Syst`emes
K. F. Ren
1. Calcul du centre d’inertie et du moment d’inertie
Proc´edure `a suivre:
centre d’inertie moment d’inertie Remarques
mxG=xdm IOx =(y2+z2)dm idem pour les
1 d´efinition ou ou composantes yet z
mxG=ximiIOx =(y2
i+z2
i)mi
2 volume: dm =ρdV ; surface: dm =σdS; ligne: dm =λdl
dm coorddonn´ees sph´eriques: dV =r2sin ϕdrdϕdθ
coorddonn´ees cylindrique: dV =rdrdϕdz
3 d´efinir les bornes d’int´egration et effectuer l’int´egration
4 remplacer : ρ=m/V, σ =m/S, λ =m/l
Centre d’inertie:m
OG =
OMdm ou m
OG = Σmi
OMi.
Le centre d’inertie d’un object homog`ene de forme simple se trouve au centre g´eom´etrique.
Th´eor`emes de Huygens: IOx =IGx+mD2
o`u Gest le centre d’inertie et Dla distance entre les deux axes parallels Ox et Gx.
Moment d’inertie de quelques solides de forme simple
Corps homog`enes de masse maxes Moment d’inertie
tige ou plaque
aa
I=1
12ma2
parall´el´epip`ede rectangle, plaque
aba b
I=1
12m(a2+b2)
disk, cylindre plein
rr
I=1
2mr2
cercle, cylindre creux
rr
I=mr2
sph`ere pleine
r
I=2
5mr2
2K. F. Ren – Universit´e de Rouen
2. Cin´ematique
Relations fondamentales:
Produit scalaire: u ·v =uv cos θ
Produit vectoriel: u v=
u2v3u3v2
u3v1u1v3
u1v2u2v1
,|u v|=vu sin θ
Relation fondamentale de la cin´ematique: v(B) = v(A) +
BA
Vitesse de glissement: u(IS2/S1) = v(IS2/R)v(IS1/R).
Iest le point de contact entre les solids S1et S2;
Le sens de la force de frottement
T(tangente `a la surface) est toujours oppos´e au
sens de la vitesse de glissement:
T·u < 0.
Changement de r´ef´erentiels:
D´eriv´ee d’un vecteur: d
U
dt R
=d
U
dt R
+
R/R
U
Composition de vitesse de rotation:
2/0=
2/1+
1/0
Composition des vitesses: vA/R=vA/R

relative
+vO/R+
R/R
OA
  
entrainement
Composition des acc´el´erations:
γA/R=γA/R

relative
+γO/R+d
R/R
dt
OA+
R/R(
R/R
OA)
  
entrainement
+ 2
R/RvA/R
  
Coriolis
o`u les trois termes dans l’acc´el´eration d’entraˆınement peuvent entre compris comme suit:
Acc´el´eration de translation de l’origine du r´ef´erentiel R:γO/R
Acc´el´eration tangentielle de rotation: d
R/R
dt
OA
Acc´el´eration centr´ep`ete :
R/R(
R/R
OA)
Relation des bases de deux r´ef´erentiels (O,
i,
j,
k)et (O, ⃗ur, ⃗uθ,
k):
ur= cos θ
i+ sin θ
j, d⃗ur
dt = (sin θ
i+ cos θ
j)˙
θ=˙
θ⃗uθ
uθ=sin θ
i+ cos θ
jd⃗uθ
dt =(cos θ
isin θ
j)˙
θ=˙
θ⃗ur
L2 PMSI – 2017 Formulaire de la m´ecanique des syst`emes 3
3. Dynamique
Analogie translation-rotation dans le cas d’un solide:
Translation Rotation
Vitesse v ⃗ω
Acc´el´eration γ ˙
ω
Cause du mouvement
F
M
Grandeur d’inertie m I
Equation du mouvement mγ =
F I˙
ω =
M
Quantit´e du mouvement: p =mvG
Moment cin´etique: σO=IGω +
OG mvG(axe fixe: σ=Iω)
Energie cin´etique: Ec=1
2mv2
G+1
2IGω2(axe fixe: Ec=1
2Iω2)
Th´eor`emes g´en´eraux de la dynamique:
1. Th´eor`eme du moment cin´etique (rotation): d ⃗σO
dt = Σ
MO(I˙
ω = Σ
M)
pour un point mobile O:dσO/R
dt R
+vO/R pA/R = Σ
M
O
2. Th´eor`eme de la quantit´e de mouvement (translation du centre d’inertie):
d⃗p
dt = Σ
F(mγG= Σ
F)
Th´eor`eme de l’´energie cin´etique: Ec,2Ec,1=Wext +Wint
ou dEc
dt =Pext +Pint
4. Matrice d’inertie
I(O, S) =
IOx Ixy Ixz
Ixy IOy Iyz
Ixz Iyz IOz
avec IOx =(y2+z2)dm
Ixy =(xy)dm (1)
Crit`eres pour d´eterminer les axes principaux:
Tout axe perpendiculaire `a un plan de sym´etrie mat´erielle est un axe principal d’inertie.
Tout axe de sym´etrie mat´erielle et tout axe perpendiculaire `a celui-ci sont axes principaux
d’inertie.
5. Torseurs
Torseur cin´etique:
[PO] =
p
σOo`u la quantit´e du mouvement:
p=mivi=mvG
le moment cin´etique: σO=
OAimivi= [I]O
4K. F. Ren – Universit´e de Rouen
Th´eor`eme de Kœnig: σO=σO+
OOp, ⃗σO=σG+
OG p
Oet Osont deux points quelconques, Gle centre d’inertie.
Torseur dynamique:
[δO] =
D
δOo`u la somme dynamique:
D=miγi=mγG
le moment dynamique:
δO=(
OAimiγi)
Th´eor`eme de Kœnig:
δO=
δO+
OO
D,
δO=
δG+
OG
D
Oet Osont deux points quelconques, Gle centre d’inertie.
Relation entre le torseur cin´etique et dynamique:
D=d⃗p
dt et
δO=dσO
dt +vOp
Si Oest fixe dans Rou si Oest le centre d’inertie:
D=d⃗p
dt et
δO=dσO
dt
Torseur des forces:
[FO] =
F
MOo`u
Fest la force r´esultante.
MOest le moment des forces
6. Principe fondamental de la dynamique:
d[PO]
dt = [FO,ex] = [δO]
ou
D=d
P
dt =
F
δO=dσO
dt +vO
P=
MO
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