Comprendre le mouvement contraint : définition, types et exemples concrets

Qu'est-ce que le mouvement contraint ?

Un mouvement contraint est un mouvement de tout objet qui se produit lorsque celui-ci est forcé de se déplacer d'une manière restreinte.

Ou l'on peut dire : le mouvement qui ne peut pas se dérouler arbitrairement de quelque manière que ce soit est appelé mouvement contraint.

En langage simple, c'est le mouvement que nous voulons qu'il se produise, ou simplement le mouvement requis est appelé mouvement contraint.

Par exemple, supposons que nous voulions un mouvement en ligne droite d'une voiture mais que la voiture se déplace sur une trajectoire courbe et que nous la contrôlions et la forçons à se déplacer en ligne droite.

Le mouvement en ligne droite est un mouvement contraint.

Exemples de mouvement contraint

• Le mouvement d'une molécule de gaz dans un récipient sphérique.
• Une particule se déplaçant sur un plan incliné rugueux ou lisse.
• Une particule glissant sur une courbe sous l'effet de la gravité.
• Le mouvement d'un corps rigide car la distance entre deux particules quelconques reste constante.
• Le cyclisme est le meilleur exemple. L'entrée est le couple produit par le pédalage. La sortie est la rotation de la roue arrière.
• Le mouvement de la masse ponctuelle d'un pendule simple est contraint car il reste toujours à une distance fixe du point de suspension.
• Une particule attachée à une extrémité d'une ficelle et contrainte à se déplacer d'une manière particulière.
• Le mouvement des boules d'un boulier est contraint en une dimension par les fils de support.
• Le mouvement d'une particule se déplaçant sur la surface d'une sphère est restreint car elle ne peut se déplacer que sur la surface ou à l'extérieur de la sphère.

Qu'est-ce qu'une contrainte ?

Lorsqu'un objet est forcé de se déplacer le long d'un chemin particulièrement donné sous l'action de forces extérieures imposées. Les restrictions qui agissent sur le mouvement ou la position ou les deux d'un système d'objets sont appelées contraintes. Les contraintes limitent le mouvement d'un objet.

Qu'est-ce qu'une force de contrainte ?

Les forces de contrainte sont les forces que l'objet contraignant applique à l'objet afin qu'il suive les contraintes de mouvement. Les forces de contrainte sont les forces que l'objet contraignant exerce sur l'objet pour le faire suivre les contraintes de mouvement.

Le mouvement d'un objet est limité par les forces de contrainte. Le mouvement contraint est défini comme une vitesse qui ne peut pas se déplacer arbitrairement dans n'importe quelle direction ou le mouvement que nous voulons qu'il se produise, ou simplement le mouvement requis. Par exemple, si nous voulons un mouvement circulaire d'un ventilateur comme sortie et qu'il se déplace circulairement, nous avons un mouvement contraint.

TYPES DE MOUVEMENT CONTRAINT

1. Mouvement complètement contraint

Lorsque le mouvement entre deux éléments d'un couple est dans une direction définie indépendamment de la direction de la force appliquée, on parle de mouvement complètement contraint. Le mouvement contraint peut être linéaire ou rotatif. Le couple glissant de la Fig. 1.3(a) et le couple tournant de la Fig. 1.3(b) sont des exemples de mouvement complètement contraint. Dans le couple glissant, le prisme intérieur ne peut que glisser à l'intérieur du prisme creux. Dans le cas d'un couple tournant, l'arbre intérieur ne peut avoir qu'un mouvement rotatif en raison des collerettes aux extrémités. Dans chaque cas, la force doit avoir une direction particulière pour le mouvement requis.

Par exemple : Dans une machine à vapeur, le piston et le cylindre forment un couple, et le mouvement du piston est limité à une direction spécifique, c'est-à-dire qu'il ne fera qu'un mouvement de va-et-vient par rapport au cylindre, indépendamment de la direction du manivelle.

Quelques autres exemples :

• Le mouvement d'une barre carrée dans un trou carré
• Le mouvement d'un arbre avec une collerette à chaque extrémité dans un trou circulaire.

2. Mouvement incomplètement contraint

Lorsque le mouvement entre deux éléments d'un couple est possible dans plus d'une direction et dépend de la direction de la force appliquée, on parle de mouvement incomplètement contraint. Par exemple, si le couple tournant de la Fig. 1.4 n'a pas de collerettes, l'arbre intérieur peut avoir un mouvement de glissement ou de rotation selon la direction de la force appliquée. Chaque mouvement est indépendant de l'autre.

Par exemple : Une bande circulaire ou un arbre dans un trou circulaire est un exemple de mouvement incomplètement contraint car il peut tourner ou glisser dans le trou. Les deux mouvements sont sans rapport.

3. Mouvement contraint avec succès (Successfully Constrained Motion)

Lorsque le mouvement entre deux éléments d'un couple est possible dans plus d'une direction mais est amené à n'avoir qu'un seul mouvement par des moyens extérieurs, c'est un mouvement contraint avec succès.

Par exemple, pour un palier à patin (footstep bearing), un arbre dans un palier à patin peut avoir un mouvement vertical en plus du mouvement rotatif (Fig. 1.5). Mais en raison de la charge appliquée sur l'arbre, il est contraint de se déplacer dans cette direction et c'est donc un mouvement contraint avec succès.

De même, un piston dans un cylindre de moteur à combustion interne est amené à n'avoir qu'un mouvement alternatif et pas de mouvement rotatif grâce à la contrainte de l'axe de piston. De plus, la soupape d'un moteur à combustion interne est maintenue sur son siège par la force d'un ressort et a ainsi un mouvement contraint avec succès.

Par exemple : mouvement d'arbre

Lorsqu'une charge de compression est appliquée à l'arbre, le mouvement de l'arbre dans un palier à patin est contraint avec succès. L'arbre peut monter ou tourner dans un palier. C'est un exemple de mouvement partiellement contraint. Lorsqu'une charge est appliquée à l'arbre, cependant, il est empêché de se déplacer axialement vers le haut. Le mouvement contraint avec succès fait référence au mouvement de deux personnes.

Quelques autres exemples :

• Le mouvement d'une soupape de moteur à combustion interne, maintenues sur leur siège par un ressort
• Le piston alternant à l'intérieur d'un cylindre de moteur
• Arbre dans un palier à patin

Questions fréquemment posées (FAQ)

Qu'est-ce que le mouvement contraint ?

Les mouvements contraints sont des mouvements qui se produisent lorsqu'un objet est forcé de se déplacer d'une manière spécifique. Il peut devoir se déplacer le long d'une trajectoire courbe, glisser sur une table qui peut accélérer vers le haut, maintenir le contact avec un coin en accélération, etc.

Qu'est-ce que le mouvement contraint avec succès ?

Lorsque le mouvement entre les éléments formant un couple est tel que le mouvement contraint est complété par d'autres moyens que par lui-même, le mouvement est dit contraint avec succès.

Qu'est-ce que le mouvement complètement contraint ?

Lorsque le mouvement d'un couple est limité à une direction définie indépendamment de la direction de la force appliquée, le mouvement est dit complètement contraint.

Qu'est-ce que le mouvement incomplètement contraint ?

Lorsque le mouvement d'un couple peut se produire dans plus d'une direction. On parle de « mouvements incomplètement contraints ». Un changement de direction de la force affectée peut changer la direction du mouvement relatif entre le couple.

Quelle est la différence entre contraint et non contraint ?

Non contraint signifie simplement que la variable de choix peut prendre n'importe quelle valeur — il n'y a pas de restrictions. Contraint signifie que la variable de choix ne peut prendre que certaines valeurs dans une plage plus large.

Voici les détails du mouvement contraint et de ses types. Nous avons également couvert les définitions des divers termes associés. J'espère que l'article vous a plu. Merci de donner votre avis dans les commentaires ci-dessous.