Bài giảng Cơ học lý thuyết - Phần 1: Tĩnh học - Chương 1: Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết - Nguyễn Duy Khương

Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 1 BÀI GIẢNG MÔN CƠ HỌC LÝ THUYẾT 106B4, Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, ĐHBK TP.HCM Giảng viên: Nguyễn Duy Khương Email: khuongndk@gmail.com Lĩnh vực ứng dụng của Cơ học vibrations, stability and strength of structures and machines robotics rocket and spacecraft design automatic control engine performance fluid flow molecular, atomic and sub atomic behavior Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 2 Lịch sử ngành Cơ học Stevinus (1548-1620) “Công thức định luật cộng vector lực” và “hầu hết các công thức của tĩnh học” Galileo (1564-1642) “Phát minh ra bài toán động lực học với thí nghiệm hòn đá rơi tự do” Archimedes (287 B.C. - 212 B.C.) “Nguyên lý đòn bẩy” và “nguyên lý lực nổi” “Give me a place to stand on, and I will move the Earth” Newton (1643-1727) “Định luật chuyển động” và “Định luật vạn vật hấp dẫn” Da Vinci, Varignon, Euler, D’Alembert, Lagrange, Laplace and Chương trình môn học Môn học Cơ Học Lý Thuyết Phần 1 TĨNH HỌC Phần 2 ĐỘNG HỌC Phần 3 ĐỘNG LỰC HỌC Kiểm tra giữa học kỳ (20%) Thi cuối học kỳ (80%) Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 3 Lực  Hợp lực và đưa các lực tác dụng lên vật rắn về dạng tối giản Nội dung môn học Phần 1 TĨNH HỌC Môment F1 F2 F3 F4 RF  OR M   Xác định điều kiện cân bằng của các hệ lực tác dụng lên vật rắn F1 F2 F3 F4 F5 ? F6 ? Điều kiện cân bằng hệ lực Dữ kiện Hệ lực và môment Phản lực liên kết Kết quả Nội dung môn học  Các mô hình ví dụ cho bài toán tĩnh học Xác định lực căng dây Tính phản lực tại A, B, D Tác động của vật lên khớp tay Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 4  Xác định tất cả các đại lượng động học (quỹ đạo, vận tốc, gia tốc) đặc trưng cho chuyển động của vật mà không quan tâm đến nguyên nhân gây ra chuyển động. Nội dung môn học Phần 2 ĐỘNG HỌC Vận tốc Gia tốc Quan hệ động học Dữ kiện Vận tốc, gia tốc vật 1 Vận tốc, gia tốc vật 2 Kết quả  Các mô hình ví dụ cho bài toán động học Nội dung môn học Độ cao và độ xa bao nhiêu? Quan hệ vận tốc của động cơ Xác định vị trí tên lửa sau khoảng thời gian phóng Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 5  Khảo sát các quy luật chuyển động của vật thể dưới tác dụng của lực. Nội dung môn học Phần 3 ĐỘNG LỰC HỌC Lực Môment Vận tốc Gia tốc Phương trình tổng quát động lực học Dữ kiện Lực Moment Vận tốc Gia tốc Phản lực liên kết Kết quả  Các mô hình ví dụ bài toán động lực học Nội dung môn học Tính gia tốc khởi động tên lửa Tính toán quạt gió Vận tốc của trái banh bằng baonhiêu khi ta đá 1 trái banh Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 6 Phần 1: TĨNH HỌC  Hai vấn đề chính cần giải quyết là: • Thu gọn hệ lực • Điều kiện cân bằng của hệ lực Chương 1: Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết Chương 2: Thu gọn hệ lực, điều kiện cân bằng Chương 3: Các bài toán đặc biệt Chương 4: Ma sát Chương 5: Trọng tâm CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết NỘI DUNG Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 7 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng cơ học của vật thể này lên vật thể khác Lực ( , , )x y zF FF F  F  xF yF zF x y z CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen •A<<S  Lực tập trung F tại điểm đặt A S A qF •A~S  Lực phân bố q trên miền diện tích A S A qF Điểm đặt lực tổng F tại trọng tâm của lực phân bố iF q Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 8 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Cách tính lực phân bố thành lực tập trung và vị trí điểm đặt Độ lớn lực tập trung Điểm đặt lực •Độ lớn bằng diện tích lực phân bố •Điểm đặt tại vị trí trọng tâm của lực phân bố Nhận xét: CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Các trường hợp lực phân bố đặc biệt •Phân bố đều 0 *F w b •Phân bố tam giác 0 1 * 2 F w L Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 9 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng cơ học làm vật thể quay Mômen CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen  F M Mômen của lực đối với trục Phương chiều và độ lớn sinOM M d F d F         F F F^= +      F F F^ Góc hợp bởi lực F và trục  là góc  Dấu (+) nếu nhìn từ đỉnh trục  thấy xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ Dấu (-) ngược lại d Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 10 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tổng các mômen iF i i M Fd Mômen của lực đối với trục Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 11 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm sin ( sin )O OM r F M rF F r Fd          CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm ( , , )x y zF F F F  ( , , )x y zr r r r  ( ) ( ) ( )O y z z y x z z x x y y xM r F r F i r F r F j r F r F k         Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 12 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ngẫu lực: là hai vectơ lực có tính chất sau •Cùng phương •Ngược chiều •Cùng độ lớn •Khác giá F F A B OM AB F     CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 13 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Lực căng cơ Ft bằng bao nhiêu để tổng moment tại điểm A bằng 0? Moment tại điểm A là điểm tiếp xúc của chân với mặt đất bằng bao nhiêu? Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 14 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen S 1F  2F  3F  SS Hệ tiên đề tĩnh học Tiên đề 1 Hệ hai lực cân bằng khi và chỉ khi chúng có cùng đường tác dụng hướng ngược chiều nhau, cùng độ lớn F  'F  F  'F ' 0F F     Tiên đề 2 Thêm hay bỏ đi cặp lực cân bằng (F,F’)=0 cũng không làm thay đổi tác dụng của hệ lực F  'F  CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tiên đề 3 (tiên đề hình bình hành lực) Hệ hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó được biểu diễn bằng vecto đường chéo hình bình hành có hai cạnh là hai lực thành phần. 1 2 AF F F     Lực tác dụng và phản tác dụng giữa hai vật là hai lực lần lượt đặt lên mỗi vật tương tác chúng cùng đường tác dụng, hướng ngược chiều nhau và cùng cường độ 1F  A 2F  AF  Tiên đề 4 (tiên đề lực tương tác) F  1S 2S 'F  Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 15 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 1S 2S Tiên đề 5 (tiên đề hóa rắn) Vật biến dạng đang cân bằng hóa rắn lại vẫn cân bằng (điều ngược lại không đúng) Vật không tự do có thể xem là vật tự do nếu ta thay thế các vật gây liên kết bằng các phản lực liên kết Tiên đề 6 (tiên đề giải phóng liên kết) 1S 2S 'F  F  CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Bậc tự do của vật (dof – degree of freedom) Là số thông số độc lập xác định chuyển động của vật hoặc là đại lượng đặc trưng cho mức độ tự do của vật thể. x y A B C 1 3vatdof  n vat tu do 3dof n   n vat tu do co R rang buoc 3dof n R    2 3 3 6 D D dof n R dof n R       n : là số vật R : là số ràng buộc Phân loại tính chất cơ hệ dựa vào bậc tự do 0dof  : hệ tĩnh định (hệ cân bằng với mọi loại tải tác động) 0dof  : hệ động 0dof  : hệ siêu tĩnh (=-1 siêu tĩnh bậc 1; -2 siêu tĩnh bậc 2) Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 16 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 1. Phản lực liên kết tựa Số ràng buộc R=1 (hoặc 0,5) Mô hình liên kết tựa trong lý thuyết N A B C AN BN CN A BAN BN F CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 17 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 2. Phản lực liên kết khớp bản lề x yF F F     Số ràng buộc R=2 Mô hình liên kết khớp bản lề trong lý thuyết A xA yA A xA yA A A ARA A Khớp bản lề cố định CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề di động Số ràng buộc R=1 A Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 18 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 2. Phản lực liên kết bản lề cầu (khớp cầu) Số ràng buộc R=3 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 3. Phản lực liên kết ngàm Số ràng buộc R2D=3 Số ràng buộc R3D=6 Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 19 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 4. Phản lực liên kết dây Số ràng buộc R=1 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Phản lực liên kết thanh Bài giảng Cơ Học - Tuần 1 28/02/2011 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 20 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Một số loại liên kết đặc biệt trong hai chiều (4) (5) (3) (2)(1) CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Một số loại liên kết đặc biệt trong ba chiều (1) (2) (3) (4)