Effet de rotation indépendant du moment d'inertie

[Sogejing]

Bonjour,
Je pose ma question ici car je n'ai pas trouvé de réponses à ma question, et je vous avoue que elle commence à me tourmenter..

En bref, qu'elle est la cause du fait que, par exemple, il est plus difficile de faire tourner un balai (autour de l'axe que forme le manche) si on exerce le couple à l'extrémité du manche que si on l'exerce vers la brosse ?

Partant du principe (vrai) que le moment d'inertie d'un solide autour d'un axe est constant en tout point de l'axe, on devrait devoir exercer la même force..
Pourtant l'observation montre que plus la masse est éloignée de nous, plus elle est difficile à mettre en rotation..

Du coup, on pourrait faire une "expérience de pensée" où la brosse est au bout d'un manche d'une longueur infinie, que se passerait-il ?


Voila, je sais pas si j'ai été clair, merci de vos réponses !
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[vipere35]

cette vidéo devrait répondre a ta question:
https://www.youtube.com/watch?v=vN0uNlJNzhI
pour faire cours, si tu exerce un force F près de l'axe de rotation alors le couple sera faible, et si on exerce la même force F loin de l'axe alors le couple sera grand.

formule: Couple = Force x distance
Principe fondamentale de la dynamique: Couple = moment d'inertie x accélération angulaire
=> Force à appliquer = moment d'inertie x accélération angulaire / distance

[Dynamix]

Salut

si on exerce le couple à l'extrémité du manche que si on l'exerce vers la brosse ?
on devrait devoir exercer la même force..

Couple ? moment ? ou force ?

l'observation montre que

Comment tu as observé ça ?
Tu as fais des mesures ?

[Sogejing]

Merci, malheureusement ça ne répond pas à ma question.

Je sais bien ce que c'est un moment, moment d'inertie, les principes fondamentaux de la mécanique, etc..
Mais ce que je comprend pas, c'est que la force appliquée dépend :
D'une part : de la distance à l'axe de rotation (sur quoi votre réponse repose) .
D'une autre part : de la distance au "centre de masse" (ce que je ne comprend pas)

Je redonne mon exemple : prenez un balai, faites abstraction du poids, et faites le tourner d'abord en le tenant par le bout du manche, cela sera plus difficile que par la partie du manche proche de la brosse.

( J'ai pris 16 min à regarder votre vidéo )

Merci !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Dynamix]

Je redonne mon exemple : prenez un balai, faites abstraction du poids, et faites le tourner d'abord en le tenant par le bout du manche, cela sera plus difficile que par la partie du manche proche de la brosse.

Cela te semble plus difficile .
C' est du domaine de la psychologie , pas de la mécanique .

[Sogejing]

Salut


Couple ? moment ? ou force ?


Comment tu as observé ça ?
Tu as fais des mesures ?

Merci de votre réponse !

Effectivement je parle de couple, enfin ce qui faut faire pour faire tourner le balai quoi.. :P

Pour l'observation, non je n'ai pas fait de mesure, mais on sent bien "à la main", l'effet est quand même perceptible, donc ma question porte plutôt sur le coté qualitatif de la chose.

[Sogejing]

Cela te semble plus difficile .
C' est du domaine de la psychologie , pas de la mécanique .

Et pourtant, il me semble beaucoup que ce soit le cas. D'ailleurs je ne suis pas le seul, je pense donc que il y a bien quelque chose, de l'ordre physique.

[Dynamix]

Il est difficile d' obtenir une rotation bien dans l' axe en tenant le balais d' une seule main .
C' est surement ça qui te fais sentir une différence .

[mécano41]

Bonjour,

Si tu fais tourner une fois par le manche et une fois par le balai, tu n'es pas dans les mêmes conditions.

Si tu te mets dans les mêmes conditions, le couple exercé sera la même.

Fais passer le manche au travers du balai en le faisant dépasser de 10 cm d'un côté ; que tu fasses ensuite tourner en saisissant le manche par une extrémité ou l'autre, ce sera pareil...

(en se mettant en appui sur deux supports)


Cordialement

[Sogejing]

Bonjour,

Si tu fais tourner une fois par le manche et une fois par le balai, tu n'es pas dans les mêmes conditions.

Si tu te mets dans les mêmes conditions, le couple exercé sera la même.

Fais passer le manche au travers du balai en le faisant dépasser de 10 cm d'un côté ; que tu fasses ensuite tourner en saisissant le manche par une extrémité ou l'autre, ce sera pareil...

(en se mettant en appui sur deux supports)

Cordialement

Merci de votre réponse,
C'est exactement ce que je fais, je fais le tourner le tout à partir du manche.
Seulement, je fais pas passer le manche a travers la brosse, mais je me positionne a l’extrémité du manche et proche de la brosse, ce qui revient au même que vous vous en conviendrait.

Et oui, avec un "balai" assez long, avec une "brosse" assez lourde, il me semble il y avoir une légère différence.. de plus cette différence est accentuée quand on place le manche verticalement (avec un support qui ne gène pas la rotation etc..)

[jacknicklaus]

il me semble il y avoir une légère différence..

C'est clairement une impression subjective.
Si tu réalises un protocole de mesure correct, tu n'observeras pas de différence. Sinon, tu viens de révolutionner la mécanique classique, mais là j'ai un gros doute.

[jacknicklaus]

Autre possibilité : en tenant le bout du manche, et en voulant maintenir l'axe dans sa position, tu dois lutter contre le moment en ML²/12 qui intervient dans toute rotation perpendiculaire à l'axe. Moment qui est beaucoup plus faible près du centre de gravité, au niveau du balai. Comme à la main il est impossible de garantir un mouvement purement axial, ce moment peut intervenir et fausser la "mesure manuelle"

[Sogejing]

Autre possibilité : en tenant le bout du manche, et en voulant maintenir l'axe dans sa position, tu dois lutter contre le moment en ML²/12 qui intervient dans toute rotation perpendiculaire à l'axe. Moment qui est beaucoup plus faible près du centre de gravité, au niveau du balai. Comme à la main il est impossible de garantir un mouvement purement axial, ce moment peut intervenir et fausser la "mesure manuelle"

Oui, en effet, cela me parait l’explication la plus rationnelle, je suis le premier à dire que ce n'est pas normal de ressentir une différence. C'est plusieurs camarade de classes et le prof qui m'ont soutenu qu'il est plus difficile de faire tourner un balai en le tenant par l'extrémité, et effectivement il me semble que c'est le cas, alors que ça ne devrait pas..

[Dynamix]

il est plus difficile de faire tourner un balai en le tenant par l'extrémité

Si tu n' as pas précisé l' axe de rotation , c' est normal .

[mécano41]

Si tu n' as pas précisé l' axe de rotation , c' est normal .

Il l'a dit au début : " ...il est plus difficile de faire tourner un balai (autour de l'axe que forme le manche)..."

...si j'ai bien compris...

Cordialement

[Sogejing]

Il l'a dit au début : " ...il est plus difficile de faire tourner un balai (autour de l'axe que forme le manche)..."

...si j'ai bien compris...

Cordialement

Exactement merci, je m'efforce d’être claire mais pas assez apparemment..

[Dynamix]

Il l'a dit au début

Oui , mais ,
dans sa discussion avec son prof , je subodore qu' il a mal cadré son problème , d' ou la réponse du prof .

Question mal posée , réponse à coté .

[Sogejing]

Oui , mais ,
dans sa discussion avec son prof , je subodore qu' il a mal cadré son problème , d' ou la réponse du prof .

Question mal posée , réponse à coté .

Non Non, mon prof a bien comprit ma question, il n'y a pas de quiproquo..

[vipere35]

Moi j'avais compris que tu tournais le balais dans le sens 2 (voir dessin https://fr.wikipedia.org/wiki/Moment_d%27inertie), faire un dessin permet de se comprendre plus facilement.

J'ai fait l'expérience, et je ne sens pas trop de différence, j'ai fait tourner le balais en me servant de mes 2 paumes de main et en faisant rouler l'axe.
j'ai fait tourner de 3 façon différentes.
1) brosse vers le bas et couple à l'extrémité du manche
2) brosse vers le haut et couple proche de la brosse
3) brosse vers le haut et couple à l'extrémité du manche
La sensation de force appliqué est le même pour le cas 1 et 2, par contre pour le cas 3 je sens une force légèrement plus forte, mais cela est du au faite qu'il est plus difficile de maintenir le balais dans ce sens là, si la brosse penche un petit peu alors le couple a maintenir pour le garder droit est plus fort.

[Dynamix]

1) brosse vers le bas et couple à l'extrémité du manche

Ce n' est pas le couple qui est à l'extrémité du manche , c' est l' axe de rotation .
Un couple n' a pas de position dans l' espace .

[vipere35]

Remplace dans mon message précèdent le mot "couple", par "couple appliqué".

L'axe de rotation (ligne imaginaire qui représente l'axe de rotation) est infinie et le moment d'une force agit effectivement sur l'ensemble de l'axe sans position dans l'espace.
En revanche un couple (comme une force) il faut bien l'appliquer quelque part, sinon sa ne tourne pas et si l'objet est déformable la déformation ne sera pas la même en fonction de l'endroit appliqué.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Couple_(physique)

on appelle couple un ensemble de forces appliquées à un solide dont la résultante est nulle mais dont le moment total est non nul.

Avec 1 paume de ma main j'applique une force vers moi et avec l'autre j'applique une force à l'opposé de moi, donc j'applique bien 2 forces dont la résultante est nul (l'axe de rotation ne se déplace pas dans l'espace) mais dont le moment total est non nul, autrement dit un couple.

[Dynamix]

Avec 1 paume de ma main j'applique une force vers moi et avec l'autre j'applique une force à l'opposé de moi, donc j'applique bien 2 forces .

Ce sont les forces qui ont un "point d' application" et non le couple .
Le point d' application est une notion propre à certains glisseurs .

[vipere35]

Ce sont les forces qui ont un "point d' application" et non le couple .
Le point d' application est une notion propre à certains glisseurs .

ok alors remplace le mot "couple" dans le message 19 par "ensemble de forces appliqués au balais dont la résultante est nulle mais dont le moment total est non nul"

cela donne:
1) brosse vers le bas et ensemble de forces appliqués à l'extrémité du manche du balais dont la résultante est nulle mais dont le moment total est non nul.

[soliris]

En lisant les réponses sur ce sujet, je n'aurais jamais pensé que vous ne parleriez que d'impression, de subjectivité.

Wikipedia: "Le moment d'inertie J apparaît ainsi comme l'analogue de la masse (inerte) M du solide dans le cas du mouvement de translation, et est donc en relation avec la "résistance" de celui-ci à sa mise "en rotation"
Et donc la prise en compte du moment d'inertie intervient bien dans la quantité d'énergie (cinétique) E = J. oméga², énergie cinétique nécessaire dans ce cas-ci à faire tourner le balai.



Il est plus facile de pousser une charrette, un landau, ayant des petites roues que des grandes roues. Pour la même raison.
Ai-je tort ?

[Sogejing]

Oui exactement, en fait le moment d'inertie est la répartition de la matière sur une surface, mais on peut très bien s'en passer (calculer chaque petite infinitésimaux de masse allant a une vitesse en m/s) on retrouverai le même résultat, c'est juste beaucoup plus lourd.

Effectivement c'est bien ça, c'est pour ça que les voiture de course ont de petites roues aussi..



En fait je pensais que il y avait un effet de ressort perceptible quand on applique un couple sur un arbre.

[vipere35]

Il est plus facile de pousser une charrette, un landau, ayant des petites roues que des grandes roues. Pour la même raison.
Ai-je tort ?

le moment d'inertie des roues d'un landau doit être assez faible, par contre avec de petites roues au moindre caillou ou branche un peu gros sa freine l'avancement du landau, alors qu'avec de grande roue de 30 cm de diamètre sa passe par dessus le moindre obstacle sans problème