Aire engendrée par un arc de cercle

Bonjour,

Soit AB un arc du cercle de diamètre XY = 2.r.
Comment calculer sans Guldin l'aire engendrée par la rotation de l"arc AB autour de XY ?

A+
Arcsinus arcsinum fricat.

Réponses

  • Bonjour Piteux Gore,

    Par la projection cylindrique de Lambert. Cette projection est équivalente, c'est à dire qu'elle conserve les aires.
    L'aire de ton segment de sphère de hauteur $h$ est égale à l'aire dun cylindre de rayon $r$ et de même hauteur $h$, soit $\boxed{2\pi r h}$

    La conservation des aires peut s'expliquer sur la figure ci-dessous: si on considère un tout petit arc de cercle de longueur $\ell$ situé à la latitude $\theta$, par rotation, il décrira un petit segment de sphère de largeur $\ell$ et de rayon à peu près $r.\cos\theta$ ; son aire sera $2\pi r \cos\theta\times \ell$. La projection de ce segment de sphère sur le cylindre tangent à la sphère à l'équateur sera un cylindre de hauteur $\ell \cos\theta$ parce que l'arc de cercle de longueur $\ell$ est assimilable à un segment de droite incliné d'un angle $\theta$ par rapport à la verticale.71704
  • Merci pour cette technique inconnue.

    Mais, réflexion faite, je me demande s'il ne suffit pas de calculer l'aire d'une tranche sphérique.

    A+
    Arcsinus arcsinum fricat.
  • Il est sûr que pour calculer l'aire d'une tranche sphérique, il suffit de calculer l'aire d'une tranche sphérique. À part cette remarque qui ne me semble pas demander beaucoup de réflexion, je ne vois pas trop ce que tu veux dire, Piteux_gore. Peux-tu être plus précis ?
  • On peut sans doute arriver à ses fins aussi par le calcul d'une intégrale. Mais j'aime bien honorer la mémoire de ce mathématicien suisse qui est aussi notre gloire locale ;-).

    Par contre le calcul à la Guldin qui te repugnait me semble moins évident : il faut d'abord savoir placer le centre de gravité de l'arc de cercle.
    Le théorème de Guldin est plus pratique pour traiter la question réciproque : connaissant l'aire du segment de sphère, déterminer la position du centre de gravité de l'arc de cercle.
    Amicalement. jacquot
  • RE

    Effectivement, l'emploi de Guldin suppose que l'on sache que la distance entre le centre O du cercle et le centre de gravité G de l'arc est donnée par la formule OG = rayon.corde/arc; cette formule peut se démontrer en considérant l'arc comme la limite d'une ligne brisée, etc. (cf. traité de mécanique de Combette, disponible sur Gallica).

    Si je me place dans le cas d'une personne qui ne connaît pas le calcul intégral ni ne sait où se trouve le centre de gravité de l'arc : comment peut-elle faire pour calculer de la façon la plus simple possible l'aire engendrée ?

    A+
    Arcsinus arcsinum fricat.
  • Il me semble que Jacquot t'a déjà donné une explication qui ne demande ni détermination de centre de gravité, ni virtuosité de calcul intégral. L'as-tu bien lue, et y as-tu bien réfléchi ?
    Il s'agit d'évaluer l'aire d'une fine tranche de sphère. Je refais le dessin en plus gros. On veut calculer l'aire de la fine tranche de sphère entre les deux niveaux pointillés. On fait tourner autour de l'axe vertical le petit segment $MM'$ de longueur $R\,\delta\theta$, distant de l'axe de $R\,\cos\theta$ ; on a une petite aire $2\pi R^2\,\cos\theta\,\delta\theta$. Or la différence de niveaux $\delta h$ vaut $R\,\cos\theta\,\delta\theta$. L'aire de la tranche infinitésimale de sphère vaut donc $2\pi R\,\delta h$, elle ne dépend que de la différence de niveaux et pas de $\theta$. C'est l'aire de la tranche infinitésimale de hauteur $\delta h$ du cylindre de rayon $R$.71732
  • RE

    Pourquoi ne pas dire tout simplement que
    aire de la tranche = aire grande calotte - aire petite calotte = 2.pi.R.H - 2.pi.R.h = 2.pi.R.<hauteur tranche> ?

    A+
    Arcsinus arcsinum fricat.
  • Si tu admets au départ que l'aire d'une calotte est $2\pi R h$, il n'y a vraiment plus besoin de se fatiguer. Mais pourquoi est-ce que l'aire d'une calotte est $2\pi R h$ ? N'as-tu pas l'impression de tourner en rond ? :-D
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