DK8 MOUVEMENTS ANGULAIRES CONSIDÉRÉS EN EUX-MÊMES ET ISOLÉMENT

51. L’état de mouvenient d’u» solide se compose, en général, d'une rotation et d'une translation simultanées.

On peut assujettir à passer par un point quelconque l'axe autour duquel on suppose que la rotation s’établit. 11 n’en résulte aucun changement ni dans la direction de cet axe, ni dans la vitesse angulaire. Une seule chose change avec la position de l'axe, c’est la translation composante : elle se détermine par la vitesse que possèdent en commun les différents points situés sur l’axe de rotation.

On voit par là que le mouvement angulaire d’un solide, lorsqu'on le rapporte à un axe unique, ne comporte jamais, à un même instant quelconque , qu'une seule et même détermination. La déduction précédente s’applique au cas d’un plan comme au cas d’un solide. Lorsqu’il s’agit d’un plan , il est souvent utile de distinguer, dans la rotation totale, les deux rotations simultanées dont elle se compose et qui correspondent respectivement, lune au mouvement du plan sur lui-mcme, l’autre au changement que la direction du plan subit dans l’espace. Ces deux rotations ont respectivement pour axes, 1a première une normale au plan, la deuxième une parallèle à la caractéristique. On peut assigner à chacun de ces axes une position quelconque. Par cela seul qu’ils conservent tous deux leurs directions respectives, rien ne change dans les vitesses angulaires qui leur correspondent.

Passons nu cas d’une droite qui se meut librement dans l'espace et dont on considère exclusivement le mouvement angulaire; soit B cette droite : prenons un point quelconque O, supposé fixe, et, par ce point, menons une droite B' assujettie à rester parallèle à

la droite 11. L'identité qui subsiste entre les mouvements angup. laircs simultanés des droites B, B' permet

“ de substituer l’un à l’autre et réciproquement; cela posé, voici les conséquences :

i L'état de mouvement de la droite B' consistant en une rotation simple autour d’un axe A passant par le point O, on peut, sans rien changer à cet état, établir, en outre, une rotation quelconque autour de la droite B'.

Ces deux rotations, dont l’une est donnée cl dont l’autre admet indifféremment tous les degrés de grandeur, se composent en une rotation simple autour d’un axe A' situé dans le plan des droites A et B'.

La vitesse angulaire autour de l’axe A' varie avec la direction de cet axe. Elle est In moindre possible, lorsque l’axe A' est perpendiculaire à la droite B'. Pour toute autre direction , elle croit indéfiniment à mesure que l’angle des droites A', B' devient de plus en plus petit *.

L’axe A' étant tracé à partir du point O, de manière à représenter la rotation correspondante, le lieu de scs extrémités est une droite B" parallèle à B'.

Concluons que le mouvement angulaire d’une droite, lorsqu'on le rapporte à un axe unique, comporte , à un même instant quelconque, une infinité de déterminations différentes, chaque détermination distincte correspondant à une direction particulière de l’axe de rotation, et le lieu de ces directions étant un certain plan parallèle à la droite.

52. Théorème XI. — Lorsque deux droites font entre elles un angle constant, on peut les considérer comme ayant en même temps mêmes rotations autour des mêmes axes ;

* Imaginons que, par l'extrémité de l’axe A, on même une droite B" parallèle à B’. La vitesse angulaire autour de l’axe A' est la partie de la droite A' interceptée entre le point 0 et la droite B".

Soient A, H les deux droites données. Prenons dans l'espace un point quelconque O, et, parce point, faisons passer deux droites A', B' assujetties à rester constamment parallèles, l’une à la droite A, l’autre à la droite B.

Les droites A', B' formant entre elles un système de figure invariable, leur état de mouvement consiste, à chaque instant, en une même rotation autour d’un seul et même axe, passant par le point O. De là résulte évidemment la proposition énoncée pour les droites A, B dont le mouvement angulaire ne diffère. en rien de celui des droites A’, B'.

Toutes choses restant les mêmes, supposons qu’au lieu d’être constant, l’angle des droites A, B soit incessamment variable. Si nous désignons par P le plan des droites A', B', il est visible que le mouvement de chacune de ccs droites se compose du mouvement du plan P, qui leur est commun, et, en outre, d’une rotation dans le plan P, autour du point O, cette rotation ayant pour axe la normale au plan P et affectant en général une détermination différente pour chacune des droites A', B'.

L’état de mouvement du plan P résulte, à chaque instant, d’une rotation simple autour d’un certain axe passant par le point O. On peut dire aussi qu’il résulte de deux rotations simultanées rectangulaires, les axes de ccs rotations concourant en O et étant dirigés respectivement, l’un suivant la normale, l’autre suivant la caractéristique du plan P.

De là suit évidemment cette première déduction :

L’vtal de mouvement des droites A', B' se compose, pour chacune, à un même instant quelconque ,

d° D'une même rotation autour de la caractéristique du plan P ;

2° D’une rotation autour de là normale au plan P menée par le point O, cette rotation affectant en général une détermination différente pour chacune des droites A', B'.

Si l’on observe ensuite que le mouvement angulaire des droites A, B, ne diffère en rien de celui des droites A', B', on a, comme deuxième déduction , le théorème suivant :

Théorème XII. — Lorsque deux droites font entre elles un angle incessamment variable, si l’on désigne par P un plan parallèle à ces droites, on peut considérer leurs rotations simultanées comme se composant, pour chacune , à un même instant quelconque,

D’une même rotation autour d'un même axe situé dans le plan P ;

2“ D’une rotation autour d’un axe perpendiculaire au plan P, cette rotation différant, en général, pour chacune des deux droites.

La combinaison des théorèmes XI et XII implique, comme conséquence , cette troisième déduction’ :

Corollaire. — La rotation commune aux droites A, B autour d'un axe situé dans le plan P n’est autre chose que la rotation de ce plan autour de sa caractéristique. Elle ne comporte, à un même instant quelconque , qu’une seule et même détermination.

53. Considérons deux droites mobiles A, B et un plan P parallèle à ces droites. Quelle que soit, pour chacune des droites A, B, sa rotation totale autour d’un axe unique , on peut toujours 1 substituer à cette rotation simple deux rotations simultanées, l'une autour d’un axe perpendiculaire au plan P, l'autre autour d’un axe situé dans ce plan ; la première ne comportant qu’une seule détermination, la deuxième admettant, au contraire, une infinité de déterminations toutes équivalentes en ce qui concerne la droite considérée.

Cela posé on a le théorème suivant :

Théorème XIII. — Étant donné un plan P parallèle à deux droites mobiles A, B ef, pour chacune de ces droites, sa rotation

1 lin seul cas fait exception, celui où l'axe de ta rotation donnée serait parallèle au plan P. Cette circonstance ne niodilie en rien les déductions suivantes.

composante autour d’un use situé dans le plan P, si ton représente par on, ol> les rotations données et par an, bn deux parallèles uux droites A, I), la rotation de la normale au plan P est représentée en direction, sens et grandeur par la diagonale on du quadrilatère ounb.

Fig. SO.

Construction. — Soil o un point «lu plan P; oa, ob «leux axes situés «lans ce plan et représentant les rotations composantes données, l’une oa pour la «Iroitc A, l'autre ob pour la «Iroitc B. Par les points a cl b menons les droites an, bn, respectivement parallèles, la première à la droite A, la seconde à la droite B : n étant le point «le rencontre des droites an, bn, la droite on représente en direction, sens et grandeur la rotation «le la normale au plan P.

Démonstration. — On sait que le système des droites A, B admet une même rotation composante autour d'un même axe situé dans le plan P. (Théorème XII.) Cette rotation est évidemment représentée par on. Cela résulte de ee que la rotation on «équivaut, pour la droite A, à la rotation oa; pour la droite B, à la rotation ob ’. Il est clair, d’ailleurs, que, quelle que soit pour chacune des droites A, B sa rotation composante autour de la normale au plan P, ces rotations peuvent être considérées comme nullcs, sans qu’il s’ensuive aucune modification dans le mouvement angulaire de cette même normale. La construction qui précède est ainsi justifiée.

1 Les rotations représentées respectivement par les portions de droite oa , an ont pour résultante la rotation on. En se coni|H>saul avec la rotation oa , la rotation an ne change en rien le mouvement angulaire de la droite A. La même observation s’applique en ce qui concerne, par rapport à la droite b, ta rotation On. l)c là se déduit évidemment la conséquence énoncée plus haut.