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Problèmes sur le chapitre 4 (Version du 2 janvier 2015 (11h56)) Centre de gravité 4.01. Déterminer la position du centre de masse des surfaces ci-dessous (dimensions en mm). Réponses : 4.02. en mesurant les coordonnées de G à partir du point A, on trouve : a) G (50; 68); b) G (41.6; 56.7) ; c) G (46.6; 60.8) Déterminer par intégration l’ordonnée yG et par décomposition l’abscisse xG du centre de masse du triangle quelconque ABC ci-contre. xG = Réponses : 4.03. Calculer la position du centre de masse d’un demi-disque de rayon a. OG = Réponse : 4.04. c−a b ; yG = . 3 3 4a . 3π Déterminer la position du centre de masse G d’une surface délimitée par la courbe y = x et de la droite 2 y=h. Réponses : © J-P. Bauche - R. Itterbeek xG = 0 ; yG = 3 h. 5 Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.1 - 4.05. Déterminer la position du centre de masse d’une demi-sphère homogène de rayon r. Réponse : 4.06. xG = 0 ; yG = 4a . 3π Déterminer la position de G du volume délimité par le paraboloïde de révolution x 2 + y 2 = c z et le plan z=H. Réponses : 4.08. 3 r. 8 Déterminer la position du centre de masse d’une x2 y2 demi-ellipse d’équation 2 + 2 = 1 . b a Réponses : 4.07. OG = xG = 0 ; yG = 0 ; zG = 2 H. 3 Dans un cube de côté a, on enlève sur une des faces une a demi-sphère de rayon r = avec n ≥ 2 .Le centre de la n demi-sphère est au centre de la face. Calculer la position de G. Réponse : © J-P. Bauche - R. Itterbeek ( ) 4 a 6 n − 8π n + 3π OG = . 4n 3 n3 − 2 π ( ) Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.2 - 4.09. Calculer la position du centre de masse G de la surface ci-contre, cotée en mm. Réponses : AG = 68.5 mm ; BG = 42.1 mm . 4.10. Calculer la position du centre de gravité d’un secteur circulaire (angle au centre α radians) de rayon r. Réponse : 4.11. OG = 2 r sin(α 2) . 3 (α 2) Déterminer la position du centre de masse d’une sphère de rayon a = 7 cm , de masse volumique ρ 1 = 7 800 kg m 3 , attachée à un fil de fer de longueur l = 1 m , de diamètre d = 2 mm , et de masse volumique ρ 1 = 7 800 kg m 3 . Réponse : 4.12. OG = 10688 . m. Déterminer la position du centre de masse d’un demi-cylindre creux, homogène (“toit de hangar”). Réponse : G se trouve à l’intersection des deux plans verticaux de 2r symétrie, à une hauteur . π © J-P. Bauche - R. Itterbeek Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.3 - 4.13. Déterminer la position du centre de masse d’un cône creux homogène très mince (“chapeau pointu”). Réponses : 4.14. xG = 0 ; yG = 0 ; zG = h . 3 Déterminer la position du centre de masse d’un tronc de cône plein homogène. Réponses : xG = 0 ; yG = 0 ; h24 3 h4 − h13 h2 + 1 4 . zG = 4 3 3 h2 − h1 © J-P. Bauche - R. Itterbeek Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.4 - Moment d’inertie 4.15. Calculer les moments d’inertie Ix, Iy et IO d’un carré homogène de côté c. Réponses : 2 c4 c4 Ix = Iy = ; IO = . 3 3 4.16. Calculer les moments d’inertie Ix, Iy, Iz et IO d’une sphère pleine homogène de rayon r et de masse m. Réponses : Ix = I y = Iz = IO = 4.17. 2 mr2 ; 5 3 mr2 . 5 Calculer les moments d’inertie Ix, Iy et IO d’une sphère creuse homogène de rayon r (“coquille sphérique”) et de masse m. Réponses : Ix = I y = Iz = 2 mr2 ; 3 IO = m r 2 . 4.18. Calculer le moment d’inertie d’un cylindre creux (“tuyau”) de rayon r et de masse m par rapport à une génératrice a. Réponse : © J-P. Bauche - R. Itterbeek Ia = 2 m r 2 . Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.5 - 4.19. Déterminer la position des A.C.P.I. d’un demi-disque de rayon r; calculer les moments d’inertie correspondants. Réponses : 4.20. Id = a b a 2 b2 . 6 a 2 + b2 Déterminer la position des A.C.P.I. d’un triangle isocèle homogène de base b et de hauteur h; calculer les moments d’inertie correspondants. Réponses : b h3 ; 36 b h3 = . 48 I ACPI max = I ACPI min 4.22. 1 π r4 8 ; I ACPI min = π r 4 − . 8 8 9π 2 Calculer le moment d’inertie d’une plaque rectangulaire homogène par rapport à la diagonale d. Réponse : 4.21. I ACPI max = Calculer la position de G et les moments d’inertie Ix et Iy du profilé ci-contre. Réponses : d = 19.1 mm ; I x = 609 cm 4 ; I y = 71 cm 4 . © J-P. Bauche - R. Itterbeek Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.6 - 4.23. Déterminer la position des A.C.P.I. et les moments d’inertie correspondants pour la cornière à branches égales de 40 x 40 x 4. Réponses : I ACPI max = 73354 mm 4 ; I ACPI min = 18 786 mm 4 . © J-P. Bauche - R. Itterbeek Mécanique - Géométries des masses (exercices sup.) Page - ex4.7 -