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Application du théorème de M. Appell sur le moment de la quantité du mouvement par rapport à un complexe d'un mobile soumis à une force appartenant à ce complexe. Généralisation de l'équation de Clairaut

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Texte intégral

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N OUVELLES ANNALES DE MATHÉMATIQUES

C H . P LATRIER

Application du théorème de M. Appell sur le moment de la quantité du mouvement par rapport à un complexe d’un mobile soumis à une force appartenant à ce complexe.

Généralisation de l’équation de Clairaut

Nouvelles annales de mathématiques 4e série, tome 11 (1911), p. 355-358

<http://www.numdam.org/item?id=NAM_1911_4_11__355_1>

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APPLICATION BU TÇÉWtÈHE DE M. APPELL SUR LE MOMENT DE LA QUANTITÉ M MOUVEMENT PAR RAPPORT A M COMPLEXE D'UN MOItILf SOUMIS A UNE FORCE APPARTE- NANT A CE COMPLEXE- - GÉNÉRALISATION DE L'ÉQUA- TION DE CLAIRAUT;

PAR M. C H . PLATRIER, Ancien Élève de l'École Polytechnique.

Dans son Cours de Mécanique rationnelle (t. L, p. 311 ), M. Appell généralise ainsi l'application à un

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mobile soumis à une force : i° constamment perpen- diculaire à un axe; 2° située constamment dans un même plan avec un axe, des théorèmes de la quantité

"de mouvement et du moment de la quantité de mou- vement : Si la résultante des forces agissant sur un mobile appartient à un complexe linéaire, le mo- ment de la quantité de mouvement par rapport à ce complexe est constant.

' Autrement dit, si la force XYZ, appliquée au mo- bile ( # , y , z) de masse i, satisfait constamment à

„l'équation

pX-hqY-hrZ + a(yZ — s Y) -4- b(jsX — xZ) -\- c(xY — yX) = o,

où p, q, /•, a, 6, c sont des constantes, nous dirons qu'elle appartient au complexe (p, q, r,a, b, c) et nous aurons la relation :

dx dy dz [ dz

. / dx dz\ / dy dx\

+ b(*-2t-*dt) +c\x1ü -?Tt) = c o n s t- Nous nous proposons d'appliquer ce théorème au mouvement d'un mobile astreint à se déplacer sur un hélicoïde quelconque d'axe Os et de pas h = ZTZk, ce mobile n'étant soumis qu'à la réaction normale de la surface.

Nous remarquerons tout d'abord que les normales à tous les hélicoïdes d'axe Oz et de pas h forment un complexe linéaire; en effet, les normales en question qui passent par un point M(#, y, z ) sont toutes situées dans le plan mené par M perpendiculairement à la tangente en M à l'hélice de pas h et d'axe Oz. Les paramètres directeurs de cette tangen le sont

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Appelons a, ft, c les paramètres directeurs d'une droite du complexe passant par M. Le complexe considéré est défini par la relation

— y a -+• xb -+- kc = o.

Nous en déduirons immédiatement que le mobile dont nous étudions le mouvement est soumis à la réaction normale de l'hélicoide N (XYZ) appartenant au corn*

plexe ( 0 , 0 , k, 0 , 0 , 1).

Appliquons alors le théorème de M. Appell en appelant p la distance du mobile à O2; v, sa vitesse;

w, l'angle de sa trajectoire en M avec l'hélice de pas h et d'axe O s passant par M; cp, l'angle de la tangente en Ma cette hélice avec un plan horizontal.

Décomposons la quantité de mouvement suivant deux directions rectangulaires : MT tangente à l'hélice et MN ; le moment par rapport au complexe de la com- posante suivant MN (droite du complexe) est nul.

Et le théorème de M. Appell donne, par suite, en tout point de la trajectoire,

(1) ks> rosa) sincp -+- pecosw cos<p = const.

Or l'angle o est tel que tang <p == —* et l'on sait qu'unk mobile astreint à l'unique condition de se déplacer sur une surface décrit avec une vitesse constante une ligné géodésique de la surface.

L'équation (1) peut donc s'écrire, en remplaçant ^ par sa valeur,

( 2 ) v^P*-+~ ^2 c o s w == const.

Elle définit les lignes géodésiques des hélicoidea et constitue une généralisation de l'équation de Clai- tfaut :

(3) p COSü) = i COttSt. s - \ \

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qui définit les lignes géodésiques des surfaces de révolution (hélicoïdes de pas nul, c'est-à-dire tels que

* = o ) .

Au point de vue de la théorie des surfaces l'équa- tion (2) peut d'ailleurs être considérée comme une conséquence de l'équation de Clairaut et du théorème de Bour sur l'application des hélicoïdes sur les surfaces de révolution.

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