Effets d'une force appliquée à un solide mobile autour d'un axe
Rotation d'un solide autour d'un axe
Une porte peut tourner autour de ses gonds. La droite verticale centrée sur ces gonds constitue l'axe de rotation de la porte.
De même, la roue d'un vélo tourne autour de l'axe perpendiculaire au plan de la roue et passant par son centre.
Un solide est mobile autour d'un axe si au moins deux de ses points restent immobiles durant un mouvement quelconque de ce solide. La droite qui joint ces points fixes constitue l'axe de rotation du solide.
Remarque :
Dans tous les cas envisagés dans cette étude, l'axe de rotation sera immobile par rapport à un repère terrestre (c'est-à-dire, que l'axe de rotation sera immobile par rapport à la Terre).
Méthode : Effets d'une force appliquée à un solide mobile autour d'un axe
La figure ci contre illustre une porte mobile autour d'un axe vertical à laquelle sont appliquées des forces de caractéristiques différentes.
La droite d'action de rencontre l'axe de rotation de la porte .
La droite d'action de est parallèle à l'axe de rotation.
Les droites d'action de , de et de sont perpendiculaires au plan de la porte. Comme l'axe de rotation est verticale, ces forces sont aussi perpendiculaires à l'axe de rotation.
est une force quelconque.
Les effets de ces forces sur le mouvement de la porte sont différents :
Les forces et ne permettent ni d'ouvrir, ni de fermer la porte ; elles n'ont aucun effet de rotation.
permet d'ouvrir la porte et permet de la fermer.
a la même direction, la même intensité et le même sens que et permet également d'ouvrir la porte mais appliquée en un point plus près de l'axe de rotation, elle est moins efficace que .
permet de fermer la porte tout comme .
Conclusion :
Une force dont la droite d'action est parallèle à l'axe de rotation et une force dont la droite d'action rencontre l'axe de rotation n'ont aucun effet de rotation.
Une force orthogonale à l'axe de rotation provoque une rotation du solide (à condition qu'elle ne rencontre pas l'axe de rotation).
