mécanique (MP) · Chapitre 2 · Application directe du cours
Bille sur une tige tournante
Dynamique dans un référentiel non galiléen · niveau 1 (application)
Énoncé
Une bille de masse glisse sans frottement le long d'une tige horizontale tournant à constant autour d'un axe vertical passant par une de ses extrémités . On note la distance . Établir l'équation du mouvement de la bille le long de la tige, et la composante de la réaction de la tige qui reprend la force de Coriolis.
Corrigé
Plaçons-nous dans le référentiel de la tige (tournant). La bille se déplace radialement : . Les forces : le poids ; la réaction de la tige, perpendiculaire à la tige faute de frottement, ; la force centrifuge (radiale) ; la force de Coriolis (orthoradiale). Les trois projections du PFD donnent
La réaction a donc une composante verticale , qui porte le poids, et une composante orthoradiale , qui reprend la force de Coriolis : c'est la tige qui pousse la bille dans le sens de rotation. L'équation radiale s'écrit
de solution : la bille est éjectée exponentiellement vers l'extérieur, la force centrifuge n'ayant aucun rappel.
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