Un objet est dit atteindre la vitesse critique lorsque la vitesse de sa rotation correspond à l’une de ses fréquences naturelles. Ce type de vitesse est étudié dans une branche de la physique connue sous le nom de dynamique du rotor, qui traite du mouvement de rotation ou angulaire. Un objet en rotation, comme une hélice ou une pompe centrifuge, doit souvent passer par une ou plusieurs de ses vitesses critiques lorsqu’il accélère ou décélère. Lorsqu’ils fonctionnent à une vitesse critique, ces objets vibrent à une amplitude élevée, ce qui peut causer des dommages.
Tous les objets composés d’un matériau élastique ont une ou plusieurs fréquences naturelles. La fréquence naturelle d’un objet est le nombre de fois qu’il va et vient une fois qu’il est mis en mouvement. Lorsqu’un objet vibre à l’une de ses fréquences naturelles, on dit qu’il a une résonance ou une grande amplitude vibratoire. Dans un instrument de musique, par exemple, cette résonance est souhaitable car elle provoque une amplification naturelle du son de l’instrument. En dynamique rotorique, cependant, cette résonance est indésirable car elle fait vibrer fortement les pièces mécaniques impliquées, ce qui peut endommager le système.
Il existe un certain nombre de stimuli qui peuvent provoquer une résonance, dont l’un est le mouvement de rotation. Lorsque le mouvement de rotation d’un objet, également appelé vitesse angulaire, provoque une résonance, c’est à une vitesse critique. Les objets mécaniques en rotation doivent être conçus pour passer rapidement à travers ces vitesses afin que la vibration amplifiée qui se produit à cette vitesse n’entraîne pas de dommages.
Une pompe centrifuge ou une hélice se déplacera à différentes vitesses angulaires au fur et à mesure qu’elle accélère ou décélère. Alors qu’un système en mouvement comme celui-ci aura naturellement des vibrations, la vibration amplifiée à la vitesse critique doit être évitée ou transmise rapidement si le système doit tenir dans le temps. La dynamique des rotors s’intéresse donc beaucoup à la résolution des différentes vitesses critiques pouvant affecter la durée de vie d’une machine tournante.
La fréquence de rotation la plus basse qui fait vibrer un objet à l’une de ses fréquences naturelles est connue comme sa première vitesse critique. Un objet peut avoir un nombre infini de vitesses critiques, mais la plus importante à prendre en compte par les ingénieurs est la première. Certains objets en rotation sont conçus pour fonctionner en dessous de leur première vitesse critique, mais beaucoup tournent au-dessus de cette vitesse. Tant que la vitesse de rotation passe rapidement par la vitesse critique, cela ne devrait pas avoir d’effet significatif sur la durée de vie de la machine tournante. Cependant, des problèmes peuvent survenir si un objet est conçu pour tourner à sa vitesse critique, car les vibrations résultantes pourraient provoquer la rupture de la machine.