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Analogie entre rotation et translation

Correspondance entre les grandeurs physiques et les lois d'un mouvement en translation et leur équivalent d'un mouvement en rotation

En mécanique du solide, l’analogie entre rotation et translation traduit la correspondance systématique qui existe entre les grandeurs physiques et les lois d'un mouvement de rotation, et leur équivalent dans un mouvement rectiligne.

Correspondance entre grandeursModifier

Analogies Translation - Rotation
Grandeur Notation Unité Grandeur Notation Unité
Vecteur déplacement x mètre (m) Angle plan φ radian (rad)
Vitesse v ms−1 Vitesse angulaire ω rads−1
Accélération a ms−2 Accélération angulaire α rads−2
Force F N=kgms−2 Couple C N⋅m = J/rad
kgm2s−2rad−1
Masse m kg Moment d'inertie I kgm2rad−2
Quantité de mouvement p kgms−1 Moment cinétique Iω kgm2s−1rad−1

On peut noter que le passage d'une grandeur de rotation à son homologue en translation se fait toujours en remplaçant le radian par le mètre. Pour le passage inverse, on peut se rappeler que les différentes grandeurs cinématiques n'ont pas de composante en mètre, tandis que les différentes grandeurs inertielles ont toutes une composante en mètre carré, l'exposant supporté par le radian s'en déduisant.

Note : depuis la 20e conférence générale du Bureau international des poids et mesures, le radian est une « unité sans dimension dont le nom et le symbole peut être utilisé, mais pas nécessairement, dans les expressions d'autres unités dérivées SI, suivant les besoins »[1].

Le radian a été ici systématiquement noté de telle manière que cette « unité dérivée » fournisse les résultats corrects dans les équations aux dimensions des lois de la rotation, et fournisse la même dimension pour la rotation et la translation, pour les grandeurs physiques qui sont des scalaires : travail et puissance, et énergie cinétique (voir le tableau ci-dessous).

Correspondances entre loisModifier

Analogies Translation - Rotation
Loi Translation Rotation Équation aux dimensions pour l'unité en rotation
Vitesse   =      =     , donc en rads−1
Accélération   =      =     , donc en rads−2
Travail d'une force     W est en kgm2s−2, donc C est en kgm2s−2rad−1
Puissance     On a bien kgm2s−2rad−1 x rads−1 = kgm2s−3
Énergie cinétique     E est en kgm2s−2, donc I est en kgm2rad−2
Grandeur conservative     On a bien kgm2rad−2 x rads−1 = kgm2s−1rad−1

Notes et référencesModifier

AnnexesModifier