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COURBE DES SATELLITES
Satellite
curve, Satellitkurve
Nom maison.
Voir cet article intitulé "Flowers and satellites". |
Paramétrisation cartésienne :
provenant de. En coordonnées sphériques : . Courbe algébrique pour k rationnel. |
Les courbes des satellites sont les diverses trajectoires
d'un point M d'un grand cercle fixe d'une sphère en rotation
autour d'un de ses axes, M ayant un mouvement uniforme sur le cercle.
On peut aussi voir ces courbes comme les trajectoires
des points d'un cercle en rotation uniforme autour de son axe, cet axe
étant lui-même en rotation uniforme autour d'un axe passant
par le centre du cercle.
Le nom de courbe des satellites vient de ce que la trajectoire dans le référentiel terrestre d'un satellite en rotation circulaire uniforme autour du centre de la terre est une telle courbe : voir par exemple ce livre (pages 177 à 181).
Dans la paramétrisation ci-dessus, la sphère centrée en O tourne autour de Oz et le plan du cercle fait un angle avec xOy ; k est le rapport de la vitesse de rotation de M sur le cercle à la vitesse de rotation de la sphère autour de son axe.
Les courbes des satellites contiennent comme cas particuliers
:
- les clélies
lorsque le grand cercle rencontre l'axe de rotation de la sphère
().
- les hélices
sphériques lorsque
(dans la deuxième définition ci-dessus, le cercle roule sans
glisser sur un cercle fixe) ; c'est le cas où la courbe a des points
de rebroussement.
Exemples :
|
|
|
k = 1 (rotation du satellite égale à
celle de la sphère)
La courbe n'est autre que l'hippopède d'Eudoxe, correspondant aux trajectoires des satellites géostationnaires. |
k =1/ 2 (vitesse de rotation du satellite moitié
de celle de la sphère)
Noter l'arrêt correspondant à l'hélice sphérique (rebroussement) et celui correspondant à la clélie (passage par les pôles) |
k = 2 (vitesse de rotation du satellite double
de celle de la sphère)
La courbe n'est autre que celle de la balle de tennis, du moins tant qu'elle n'a pas de point double. Noter qu'il y a une clélie, mais pas d'hélice sphérique. |
La linéarisation des expressions de x et
y
ci-dessus montrent
que les projections sur xOy des courbes des satellites sont
- pour k > 1 : des hypotrochoïdes
de paramètre ,
ce qui donne
- pour k < 1 : des épitrochoïdes
de paramètre ,
ce qui donne .
Voir les courbes
de Capareda pour une présentation des courbes des satellites
en rapport avec cette projection plane.
Quelques exemples pour :
q = 4, k = 2 |
q = 6, k = 3/2 |
q = 8, k = 4/3 |
q = 3, k = 3 |
q = 8/3 , k = 4 |
q = 4, k = 1/2 |
q = 6, k = 2/3 |
q = 8, k = 3/4 |
q = 3, k = 3 |
q = 8/3 , k = 4 |
Il est à noter que les courbes des satellites ne
sont pas des trochoïdes
sphériques, excepté dans le cas des hélices sphériques,
qui sont aussi des cycloïdes sphériques.
Cependant les trochoïdes sphériques et les
courbes des satellites peuvent être réunies en la famille
des courbes trajectoires d'un point M d'un cercle fixe quelconque
d'une sphère en rotation autour d'un de ses axes, M ayant
un mouvement uniforme sur le cercle.
La paramétrisation cartésienne générale
de ces courbes est :
provenant de
; a est la distance à l'axe, b le rayon du cercle,
son inclinaison, k le rapport des vitesses ; le rayon de la sphère,
centrée en O, est .
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© Robert FERRÉOL
2009