Propriétés des matériaux

Une force peut mettre en mouvement un objet, modifier son mouvement ou le déformer. Une force est représentée par un vecteur défini par son point d'application, sa direction, son sens et sa norme. Un couple de forces peut mettre un solide en rotation ou modifier sa vitesse de rotation. 

Dans un système qui possède un axe de rotation $\Delta$, on définit le moment de la force par rapport à cet axe par : $M\Delta = d.F$ avec $d$ distance entre l'axe et le vecteur force en m . Le moment d'une force s'exprime en N.m. 

Si la force fait tourner le solide autour de l'axe dans le sens du mouvement, le moment est positif. 

Le travail d'une force exercée pendant un déplacement de A vers B est donné par $W= F.AB.\cos \alpha$ avec $\alpha$ angle entre les vecteurs force et déplacement en radian, $AB$ longueur du déplacement en m, $F$ intensité de la force en N et $W$ travail en joules (J). 

Si ce travail est effectué pendant une durée $\Delta t$, alors la puissance développée par la force est donnée par $p = W / \Delta t$ avec $\Delta t$ en s et $W$ en watt. Si $P$ est supérieur à 0, alors la puissance est motrice. 

Le travail d'un couple constant $C$ pour la rotation d'un solide d'un angle $Theta$ est donné par $W = C.\Theta$ avec $C$ couple en N.M, $Theta$, angle de rotation du solide en radian. 

D'après le théorème de l'énergie cinétique, le travail de la somme des forces est égal à la variation de l'énergie cinétique du solide. 

L'énergie mécanique d'un solide est donnée par $E_m= E_c + E_p$ avec $E_c$ énergie cinétique, $E_p$ énergie potentielle en joules (J). 

En l'absence de frottements, l'énergie mécanique se conserve.
En présence de frottements, elle diminue au cours du temps.
L'énergie perdue est transférée au milieu extérieur sous forme de chaleur. 

Dans un fluide incompressible, lorsque la charge des particules n'est pas uniforme, un écoulement se crée de la charge la plus élevée vers la charge la plus faible. 

La charge d’une particule fluide incompressible est égale à son énergie mécanique volumique totale. Elle est la somme de trois énergies volumiques : 

• l'énergie volumique potentielle $E_{pot}$
• l'énergie volumique de pression $E_{pr}$
• et l'énergie volumique cinétique $E_{VC}$.

L'énergie potentielle d'une particule de fluide est due, à la masse volumique du fluide, à la gravité terrestre et à l'altitude de la particule dans le référentiel terrestre : $E_p = \rho.g.z$. 

Dans le cadre des fluides incompressibles, les liquides entres autres, la vitesse moyenne d'écoulement dans les canalisations dépend alors directement de la section de passage :
$Q_v= S.v$ avec $q_v$ débit volume en m^3/s, S section droite de passage du tube de courant en $m^2$ et $v$ vitesse débitante dans la section droite en m/s.