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Physique · Glossaire

Qu'est-ce que « Liaison pivot parfaite » ?

Définition 1.11 Physique universitaire — 2e année · Chapitre 1 — Mécanique du solide

Un solide tourne autour d’un axe fixe Δ\Delta dans une liaison pivot parfaite (un palier idéal) lorsque les forces de contact du palier ont un moment nul par rapport à Δ\Delta ; elles ne développent alors aucune puissance (v→A=0→\vect v_A = \vect 0 sur l’axe, MΔ=0\mathcal M_\Delta = 0). Un palier réel ajoute un couple de frottement −Γfsgn⁡ω-\Gamma_f\operatorname{sgn}\omega, ou un couple visqueux −hω-h\omega.

À gauche : le pendule pesant — le moment du poids par rapport au pivot entraîne la rotation, la force du pivot n’a pas de moment. À droite : les forces sur une roue qui roule sur un sol horizontal : poids, réaction normale N et frottement tangentiel T au point de contact, dont la norme est bornée par la loi de Coulomb.
À gauche : le pendule pesant — le moment du poids par rapport au pivot entraîne la rotation, la force du pivot n’a pas de moment. À droite : les forces sur une roue qui roule sur un sol horizontal : poids, réaction normale N→\vect N et frottement tangentiel T→\vect T au point de contact, dont la norme est bornée par la loi de Coulomb.

Exemples

Exemple 1.13 (La règle d’un mètre)

Une règle d’un mètre pivotant à une extrémité : J=13Mℓ2J = \tfrac13M\ell^2 (Huygens à partir de 112Mℓ2\tfrac1{12}M\ell^2), d=ℓ/2d = \ell/2, ℓeq=23ℓ=0.667 m\ell_{\text{eq}} = \tfrac23\ell = 0.667\,\mathrm{m} et T=1.64 sT = 1.64\,\mathrm{s} — un pendule formé de toute la règle bat plus lentement qu’une masse ponctuelle suspendue en son centre (1.42 s1.42\,\mathrm{s}) et plus vite qu’une masse à son extrémité (2.0 s2.0\,\mathrm{s}).

Exemple 1.9 (Un volant d’inertie)

Un disque d’acier de 50 kg50\,\mathrm{kg} et de rayon 30 cm30\,\mathrm{cm} : J=12×50×0.09=2.25 kg m2J = \tfrac12 \times 50 \times 0.09 = 2.25\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2} ; à 3000 rpm3000\,\mathrm{rpm} (ω=314 rad/s\omega = 314\,\mathrm{rad}/\mathrm{s}) il emmagasine 12Jω2=111 kJ\tfrac12J\omega^2 = 111\,\mathrm{kJ}, l’énergie cinétique d’une petite voiture à 50 km/h50\,\mathrm{km}/\mathrm{h}. Les volants de stockage font tourner des rotors en fibre de carbone à 50 000 rpm50\,000\,\mathrm{rpm} sous vide sur des paliers magnétiques : l’énergie croît comme ω2\omega^2, la limite est la résistance à la traction de la jante.

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