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Dessins et plans, Physique, Mouvement rotatoire, Dynamique, Forces (physique), Mouvement rotatoire (dynamique des corps rigides)
Force centripète
Force centripète : Simple scénario d'une balle accrochée par un fil à un axe et tournant autour de celui-ci. La force exercée par le fil sur la balle est la force centripète qui maintient la balle en mouvement de rotation sur la trajectoire. C'est cette force qui donne au fil sa tension. Le terme force centripète ("qui tend à rapprocher du centre", en latin) désigne une force permettant de maintenir un objet dans une trajectoire circulaire ou, plus généralement, elliptique. En effet, tout objet décrivant une trajectoire elliptique possède en coordonnées cylindriques une accélération radiale non nulle, appelée accélération centripète, qui est dirigée vers le centre de courbure. D'un point de vue dynamique, le Principe Fondamental de la Dynamique (PFD) indique alors la présence d'une force radiale dirigée elle aussi vers le centre de courbure.
Photographie, Physique, Dix-huitième siècle, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), Coulomb, Fonctions de, Électromagnétisme, Physiciens français, Balances de torsion
Balance de Coulomb
Balance de Coulomb, Exposition Hautes Tensions, 18 Octobre 2008 - 5 Janvier 2009, Musée de la vie bourguignonne, Dijon. Charles-Augustin Coulomb énonce la loi d'interaction électrostatique en 1785 suite à de nombreuses mesures réalisées grâce à la balance de Coulomb qu'il a mise au point pour détecter des forces d'interaction très faibles. Il s'agit d'une balance de torsion pour laquelle la mesure de l'angle de torsion à l'équilibre permet de déterminer l'intensité de forces répulsives. Dans le cas de forces attractives c'est l'étude des oscillations du système qui permet de déterminer l'intensité des forces. Une charge électrique est placée à l'extrémité d'une tige horizontale fixée à fil vertical dont les caractéristiques de torsion sont préalablement établies. Le principe de la mesure consiste à compenser, grâce au couple de torsion du fil vertical, le couple exercé par une autre charge électrique amenée au voisinage de la charge fixée sur la tige.
Dessins et plans, Mécanique, Physique, Énergie mécanique, Couple (mécanique), Brouettes, Transports de matériaux
Brouette dans une descente
Schéma pour étude statique de la brouette : dans une descente (roue en aval), le point de concours des droites de forces est au-dessous du sol. L’étude montre que l’intensité de l’action du pousseur est à peu près la même. À cela s’ajoute le problème du contenu, surtout s’il est liquide. Dans une montée on peut corriger l’assiette en soulevant la brouette, dans une descente cela n’est plus possible dès que les pieds touchent le sol.
Cas particuliers du travail d'une force
Trois cas particuliers du travail d'une force : force motrice, force résistante, force à travail nul. Considérons une force vec{F} constante s'appliquant sur un objet se déplaçant sur une trajectoire rectiligne (Il n'y a pas d'autres forces s'exerçant sur l'objet). Un certain nombre de cas particuliers permettent d'illustrer la notion de travail d'une force : Si la force vec{F} est parallèle au déplacement vec{u} et orientée dans le même sens, le travail W = vec{F}cdotvec{u} fourni par la force est positif : d'après le théorème de l’énergie cinétique, la force a augmenté l'énergie cinétique du système, celui-ci se déplace donc plus rapidement. Une telle force est parfois dénommée force motrice. Si la force vec{F} est parallèle au déplacement vec{u} mais orientée dans le sens opposé, le travail W = vec{F}cdotvec{u}, fourni par la force est négatif : d'après le théorème de l’énergie cinétique, la force a diminué l'énergie cinétique du système, celui-ci se déplace donc plus lentement. On appelle parfois une telle force, une force résistante. Si la force vec{F} est perpendiculaire au déplacement vec{u}, le travail de la force est nul W = 0 : la force n'a pas modifié l'énergie cinétique du système. On peut dire plus simplement que si la force vec{F} est perpendiculaire au déplacement, elle ne modifie pas le déplacement. Ce dernier cas ne doit pas laisser penser qu'une force dont le travail est nul n'a aucun effet sur un système. Les forces dont le travail est nul ne modifient pas l'énergie cinétique du solide. En particulier, elles ne modifient pas la norme de la vitesse ; elles peuvent cependant en modifier la direction.
Dessins et plans, Énergie mécanique -- Transmission, Physique, Énergie cinétique, Énergie mécanique, Énergie potentielle
Conservation de l'énergie
Conservation de l'énergie : à tout moment, la somme de l'énergie potentielle élastique et de l'énergie cinétique est une constante. La conservation de l'énergie est un principe physique selon lequel dans un référentiel inertiel, l'énergie totale d'un système isolé est invariante au cours du temps. Mathématiquement, la variation instantanée d'énergie est nulle. frac{dE}{dt} = 0. En mécanique newtonienne, c'est aussi vrai pour un système influencé par une force conservative. Dans les systèmes simples de la mécanique newtonienne, la somme des énergies cinétiques, K, et des énergies potentielles, U, est une constante. Elle demeure inchangée sous l'action de forces conservatives uniquement.
Coulomb, force d'attraction
Force d'attraction, d'après la formule de Coulomb : Les deux charges q et q' ont des signes différents, elles s'attirent. Deux charges électriques q et q' exercent l'une sur l'autre des forces d'interaction électrostatique, dont la valeur est proportionnelle à chacune des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance d qui les sépare.
Dessins et plans, Air -- Écoulement, Circulation, Fluides -- Mesure, Dynamique des, Fluides, Mécanique des, Viscosité, Écoulement laminaire, Turbulence
Deux types d'écoulement microfluidique
Flux laminaire (a) et turbulent (b), selon le nombre de Reynolds : la nature de l'écoulement dépend du nombre de Reynolds, et donc de la taille caractéristique d. Aux petites dimensions, les phénomènes physiques macroscopiques ne subissent pas seulement un diminution linéaire de leurs effets. Certains phénomènes négligeables deviennent prépondérants, comme la capillarité ; inversement, d'autres forces telles que la gravité deviennent négligeables. Afin d'appréhender plus facilement les caractéristiques d'un système microfluidique, plusieurs grandeurs sans dimension ont été introduites. La plus répandue est probablement le nombre de Reynolds Re, proposé en 1883, qui caractérise le rapport entre les forces d'inertie et les forces de viscosité. Les systèmes microfluidiques sont généralement caractérisés par un petit nombre de Reynolds : les forces de viscosité sont prépondérantes.
Équilibre d'une brouette dans une pente
Etude statique de la brouette. Les longueurs des forces sont en proportion en rapport avec ce quelles représentent vraiment, illustration de la complexité du solide par rapport au point matériel. De manière générale, le centre de poussée est distinct du centre de gravité. Lorsque la droite reliant le centre de poussée au centre de gravité n'est pas confondue avec la droite portant la résultante de la poussée, il en résulte un couple donc un basculement de l'objet.
Forces non censervatives : Frottements
En physique, le frottement (ou friction) est une interaction qui s'oppose à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact. Le frottement peut être étudié au même titre que les autres types de force. Son action est caractérisée par une norme et une orientation, ce qui en fait un vecteur. L'orientation de la force de frottement agit en sens inverse du déplacement du corps qui subit une autre force. En première approximation, la vitesse à laquelle deux surfaces frottent l'une sur l'autre n’influence pas l'intensité de la force de friction qui s'oppose à leur mouvement relatif. Lorsqu'une force est appliquée sur un objet au repos, la composante parallèle à la surface de la force est compensée par la force de frottement statique jusqu'à la valeur maximale de cette dernière. Le frottement vec{F} s'oppose au mouvement relatif entre les deux corps. Le frottement statique est une force qui tend à garder un corps en état statique. Elle dépend du poids apparent du corps et du coefficient de frottement statique, évalué en fonction de la nature des surfaces en contact. Le frottement cinétique survient lorsque deux surfaces glissent l'une contre l'autre. L'importance du frottement cinétique varie en fonction du coefficient de frottement cinétique qui, tout comme le coefficient de frottement statique, varie selon le type de matériaux en contact, et le poids apparent du corps en mouvement.
Dessins et plans, Automobiles, Physique, Véhicules automobiles, Dynamique, Automobiles -- Aérodynamique, Véhicules automobiles -- Pneus
Forces verticales d'une automobile à l'arrêt
Forces verticales s'appliquant à une automobile à l'arrêt. Dans le jargon automobile, le transfert de masse (souvent confondu avec le transfert de charge) se rapporte à la redistribution du poids soutenu par chaque pneu pendant l'accélération (longitudinale et latérale). Cela inclut le freinage et la décélération (qui peut être considérée comme une accélération négative). Le transfert de masse est un concept crucial en dynamique des véhicules.
Dessins et plans, Liquides, Physique, Gouttes, Solides, Capillarité, Gouttes -- Dimensions, Mouillage (chimie des surfaces)
Formes d'une goutte
Illustration de la longueur capillaire d'une goutte posée sur un liquide, sphérique ou aplatie selon sa taille, comparée à sa longueur capillaire. Il existe une très grande diversité de forme de goutte (sphérique, en larme, etc.). Ce sont les forces en présence (poids, tension de surface, inertie pour une goutte en mouvement) qui en déterminent la forme. Une goutte statique sur un solide peut être décrite de la même manière qu’une goutte dans l’air. Ainsi, si elle est suffisamment petite, la seule force qui détermine sa forme est la tension de surface. Par contre, l’angle de contact avec lequel la goutte repose sur le solide dépend des conditions de mouillage. Cet angle de contact et les conditions de mouillage sont décrits thermodynamiquement par le modèle de Young qui met en relation les tensions de surface et l'angle de contact à l’équilibre ( heta_mathrm{C}) du système goutte-substrat. L’angle de contact à l'équilibre en soi est physiquement difficile à mesurer. Une façon d'acquérir l'angle de contact à l'équilibre, est à travers sa relation (son lien) avec les angles de contact avançant ( heta_mathrm{A}) et reculant ( heta_mathrm{R}) qui quant à eux peuvent être mesurés facilement. Au final, la goutte aura donc une forme de calotte sphérique.
Géométrie du treuil
Géométrie d'un treuil, pour calculer le couple. En mécanique, un couple est l'effort en rotation appliqué à un axe. Il est ainsi nommé en raison de la façon caractéristique dont on obtient ce type d'action : un bras qui tire, un bras qui pousse, les deux forces étant égales et opposées. Lorsque le couple ne s'exerce pas rigoureusement dans l'axe, il se produit une rotation de cet axe (précession).
Peinture, Brême (Allemagne), Frères Grimm, Contes traditionnels, Oskar Herrfurth (1862-1934), Interprétation
Les musiciens de Brème 6
Les musiciens de Brème des frères Grimm 6, par Oskar Herrfurth (1862-1934). Série 285, Nr. 4700. Les animaux finissent par s'installer définitivement dans la confortable maison. Les animaux représenteraient les quatre constituants de la nature humaine : corps physique (l'âne), corps énergétique dit aussi corps des forces formatrices (le chien fidèle), corps animique ou corps des désirs, peines et joies (le chat), et moi (le coq). Les brigands, c'est la société refermée sur ses acquis et qui voit toujours d'un mauvais œil qu'une individualité prétende chanter sa partie nouvelle : quand la société (ou famille, entreprise etc.) est ainsi déstabilisée, elle imagine de fausses causes, une influence étrangère, etc.
Machine électrique de Holtz
Machine électrique de Holtz, dite machine à influence. Source : Bibliothèque des merveilles - Forces Physiques. Entre 1864 et 1880, W. T. B. Holtz a construit et a décrit un grand nombre de machines à influence considérées comme les plus avancées de l'époque. La machine de Holtz est composée d'un disque de verre monté sur un axe horizontal fait pour tourner à une vitesse considérable par démultiplication. Un autre disque, immobile, porte des échancrures dans lesquelles passent de petites pattes conductrices qui permettent aux inducteurs de se décharger.
Poulie de tyrolienne
Poulie d'une tyrolienne : résultante des forces de traction du câble sur la poulie.
Remonter contre le vent
Schéma simplifié des forces en jeu quand un bateau remonte au vent : 1) vent, 2) vent repoussé, 3) propulsion. La particule arrive avec l'énergie (1, bleu) et repart avec l'énergie (2, rouge) transmettant sur la voile la quantité d'énergie (3, vert) (Les vecteurs du dessin sont des quantités de mouvement).
Dessins et plans, Mécanique, Physique, Efforts (mécanique), Poutres, Contraintes (mécanique), Résistance des matériaux, Fuites (résistance des matériaux)
Résistance des matériaux
Démarche générale en résistance des matériaux (dans le sens anti-horaire) : actions extérieures (forces, couples) ↔ efforts de cohésion (effort de normal, effort tranchant, moment fléchissant, moment de torsion) ↔ tenseur des contraintes σij ↔ tenseur de déformation εij ↔ champ de déplacementui(xi). Les relations sont (en bleu, dans le sens anti-horaire) : principe de la coupure, principe d'équivalence, loi de Hooke généralisée, dérivation/intégration. Pour étudier les poutres, on met en relation 1) les efforts de cohésion avec les efforts extérieurs, grâce au principe de la coupure ; 2) les efforts de cohésion avec le tenseur des contraintes, grâce au principe d'équivalence ; 3) le tenseur des contraintes avec le tenseur des déformations, grâce à la loi de Hooke généralisée ; 4) et la forme finale de la poutre, c'est-à-dire le champ des déplacements, avec le champ de tenseur des déformations. Le modèle de poutre permet de passer des efforts de cohésion au tenseur des contraintes ; il permet d'appliquer le principe d'équivalence. Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_des_poutres.