CHƯƠNG1 CÁC NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Cơ học kỹ thuật CƠ HỌC CƠ SỞ 1 CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT 1 1 Cơ học kỹ thuật 1 Cơ học (Vị trí và[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Cơ học kỹ thuật CƠ HỌC CƠ SỞ CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT 1.1 Cơ học kỹ thuật Cơ học (Vị trí đối tượng) Cơ học: học vật rắn tuyệt đối, học vật rắn biến dạng, học chất lỏng • Nghiên cứu trạng thái đứng yên hay chuyển động vật thể chịu tác dụng hệ lực Cơ học vật rắn: tĩnh học động lực học • Tĩnh học nghiên cứu trạng thái cân vật • Động lực học nghiên cứu vật chuyển động có gia tốc Cơ học sở I: tĩnh học Một số kiện Galileo (1564 -1642) • 1638: “Luận giải chứng minh toán học liên quan đến hai khoa học mới” Christiaan Huygens (1629-1695) • 1657: Chế tạo đồng hồ lắc đầu tiên Isacc Newton (1643-1727) • 1687: “Những ngun lý tốn học triết học tự nhiên” Joseph Louis Lagrange (1736-1813) • 1788: “Cơ học giải tích” 1.2 Các khái niệm Bốn đại lượng (khái niệm) Chiều dài • Chiều dài sử dụng để thiết lập vị trí điểm khơng gian dùng để xác định kích thước hệ vật lý • m = chiều dài quãng đường mà ánh sáng qua chân không 1/299,792,458 giây (1983) • Thứ nguyên: [L] Đơn vị: (m) SI (ft) FPS Thời gian • Thời gian quan niệm nối tiếp kiện • giây = 9,192,634,770 chu kỳ bức xạ điện từ, tương ứng với chuyển dời hai mức siêu tinh tế trạng thái xezi– 133 (1967) (đồng hồ NIST F-1 sai số giây/300 triệu năm) • Thứ nguyên: [T] Đơn vị: (s) giây Khối lượng • Khối lượng thuộc tính vật chất, ta sử dụng chúng để so sánh tác động vật với vật thể khác • kg = khối lượng dm3 nước tinh khiết nhiệt độ 4.0°C/39.2°F (1790s) Hoặc khối trụ hợp chất platin-iriđi có cùng khối lượng (1889) • Thứ nguyên: [M] Đơn vị: (kg) - SI (slug) - FPS Lực • Lực xem tác dụng “đẩy” hay “kéo” vật lên vật khác Lực biểu diễn cách đầy đủ độ lớn, phương chiều, điểm tác dụng • Thứ nguyên: [M][L]/[T]2 Đơn vị: 1N = 1kg.1m/s2 - SI (lb) - FPS • Ký hiệu: F hoặc • Lực tập trung biểu diễn lực tác dụng lên vật thể điểm • Lực phân bố biểu diễn lực tác dụng lên vật thể diện tích F Sự lý tưởng hóa * Chất điểm: Một chất điểm có khối lượng bỏ qua kích thước mà khơng làm ảnh hưởng đến tác dụng lực vào Ví dụ: kích thước trái đất không đáng kể so sánh với quỹ đạo nó, trái đất mơ hình hố giống chất điểm nghiên cứu chuyển động quỹ đạo * Vật rắn tuyệt đối: tập hợp chất điểm, khoảng cách chất điểm khơng đổi trước sau chịu lực tác dụng Vật rắn tuyệt đối viết tắt vật rắn *Cơ hệ hệ vật rắn 1.3 Các định luật Niutơn Ba định luật Niutơn chuyển động chất điểm Định luật thứ Định luật thứ hai Định luật thứ ba Định luật vạn vật hấp dẫn Định luật Một chất điểm ban đầu trạng thái đứng yên hoặc chuyển động đường thẳng với vận tốc không đổi giữ nguyên trạng thái ban đầu chất điểm không chịu tác dụng hệ lực không cân b Lý thuyết ma sát khơ Các trạng thái xảy * Trạng thái cân * Trạng thái giới hạn trượt Fs S N S (R S , N) S arctg S Trạng thái chuyển động FK K N K arctg K S K c Đặc tính ma sát khơ Lực ma sát có phương tiếp tuyến với hai mặt tiếp xúc; có chiều ngược với chiều chuyển động hoặc xu hướng chuyển động vật vật khác hoặc bề mặt khác Độ lớn lực ma sát tĩnh cực đại hai bề mặt tiếp xúc nói chung lớn độ lớn lực ma sát động lực Tuy nhiên, vật chuyển động với vận tốc nhỏ bề mặt vật khác, Fk xấp xỉ Fs nghĩa K S Khi tượng trượt bề mặt tiếp xúc bắt đầu xuất hiện, độ lớn lực ma sát tĩnh cực đại tỷ lệ với độ lớn lực pháp tuyến FS S N Tại bề mặt tiếp xúc tượng trượt xảy ra, độ lớn lực ma sát động lực tỷ lệ với độ lớn lực pháp tuyến FK K N Lực ma sát có loại: lực ma sát tĩnh, lực ma sát tĩnh giới hạn, lực ma sát động lực 1.2 Những toán liên quan đến ma sát khô Trạng thái cân Tất giá trị đại lượng chưa biết thoả mãn hệ phương trình cân đã cho Lực ma sát xác định từ lời giải toán, giá trị chúng phải kiểm tra để thỏa mãn bất đẳng thức F S N Trạng thái giới hạn trượt tất điểm Trong trường hợp tổng số đại lượng chưa biết số phương trình cân cho trước cộng với tổng phương trình ma sát đã cho, TrongFthực Ntế, chuyển động xảy điểm tiếp xúc Trong FS nếu S Nvật bắt đầu trượt FK K N Trạng thái giới hạn trượt số điểm Trong trường hợp tổng số đại lượng chưa biết nhỏ tổng số phương trình cân có cộng với tổng số phương trình ma sát hoặc phương trình biểu thị điều kiện lật Như vậy, có vài khả chuyển động hoặc giới hạn trượt tờn tốn cần phải xác định dạng chuyển động xuất thực tế VÍ DỤ Một thùng đờng chất có khối lượng 20 kg hình vẽ Nếu tác dụng vào thùng lực P=80N Xác định điều kiện để thùng trạng thái cân Biết hệ số ma sát tĩnh s 0.3 Sơ đờ vật rắn tự Có ba đại lượng chưa biết: F, NC x Hệ phương trình cân , NC = 236 N, x = - 9.08 mm Kiểm tra: Fmax = S N C 70.8 N F < Fmax nên thùng không trượt §5.2 Tâm trọng lực Tâm trọng lực tâm khối lượng hệ chất điểm Tâm trọng lực, tâm khối lượng, trọng tâm vật