Chuyển Động Của Vật Rắn

Baỡi giaớng Cồ aỷi Cổồng, Phỏửn I : Cồ hoỹc vỏỷt rừn, Chuyóứn õọỹng cuớa vỏỷt rừn PFIEV aỡ nụng (V6) 1 Chổồng I : CHUYỉN ĩNG CUA VT RếN (Reùfeùrence : Meùcanique des Solides, 2eỡme anneùe) Đ1. Vỏỷt rừn trong cồ hoỹc : 1) Khaùi nióỷm vóử vỏỷt rừn : Trong cồ hoỹc, vỏỷt rừn laỡ mọỹt vỏỷt thóứ khọng bióỳn daỷng : Khoaớng caùch giổợa hai õióứm bỏỳt kyỡ cuớa vỏỷt rừn khọng õọứi theo thồỡi gian. Khaùi nióỷm vỏỷt thóứ khọng bióỳn daỷng chố laỡ mọỹt mọ hỗnh. Vỗ vỏỷy, mọỹt tồỡ giỏỳy moớng trổồỹt trón mỷt baỡn vaỡ khọng bở bióỳn daỷng vỏựn coù thóứ xem nhổ laỡ mọỹt vỏỷt rừn. Trong khi õoù mọỹt dỏửm kim loaỷi õỷt trón hai gọỳi tổỷa vaỡ chởu lổỷc J G F khaù lồùn, seợ bở bióỳn daỷng khaù nhióửu trong quùa trỗnh chởu lổỷc trong trổồỡng hồỹp naỡy, khọng thóứ coi dỏửm laỡ vỏỷt rừn. F G gọỳi tổỷa dỏửm kim loaỷi H ỗnh 1 2) Hóỷ quy chióỳu gừn lióửn vồùi vỏỷt rừn : (R) S (R ) z x O M z S x S C y = y S H ỗnh 2 z S O S y S x S ()S O z y (R) () S R H ỗnh 3 xs e G x xs e G Xeùt mọỹt vỏỷt rừn (S) coù daỷng hỗnh vaỡnh troỡn, tỏm C, chuyóứn õọỹng trong mỷt phúng thúng õổùng trón mỷt õỏỳt nũm ngang, trong hóỷ quy chióỳu traùi õỏỳt (;;;) x yz R Oe e e GGG . ióứm C, tỏm cuớa vaỡnh troỡn, cuợng coù thóứ xem nhổ laỡ mọỹt õióứm thuọỹc vỏỷt rừn, mỷc õỏửu taỷi C khọng coù vỏỷt chỏỳt, bồới vỗ khi vaỡnh troỡn chuyóứn õọỹng, õióứm C cuợng chuyóứn õọỹng cuỡng vồùi vaỡnh troỡn. Tọứng quaùt hồn, moỹi õióứm trong khọng gian (mỷc dỏửu taỷi õoù khọng coù vỏỷt chỏỳt), lión kóỳt chỷc cheợ vồùi (S) vaỡ chuyóứn õọỹng cuỡng vồùi (S) cuợng coù thóứ xem laỡ caùc õióứm thuọỹc vỏỷt rừn (S). Nhổ vỏỷy nóỳu gừn cổùng trón vỏỷt rừn (S) mọỹt hóỷ quy chióỳu (; ; ; ) SSS Sxyz R Ce e e GGG ( 1 ) lión kóỳt chỷc cheợ vồùi vỏỷt rừn vaỡ chuyóứn õọỹng cuỡng vồùi vỏỷt rừn. Khi õoù, chuyóứn õọỹng cuớa vỏỷt rừn (S) trong hóỷ quy chióỳu (R) coù thóứ xem nhổ tổồng õổồng vồùi chuyóứn õọỹng cuớa hóỷ quy chióỳu (R S ) so vồùi hóỷ quy chióỳu (R). 3) Thọng sọỳ cỏửn thióỳt õóứ mọ taớ chuyóứn õọỹng cuớa vỏỷt rừn : ọỳi vồùi mọỹt hóỷ chỏỳt õióứm (S) gọửm n chỏỳt õióứm M i . óứ mọ taớ chuyóứn õọỹng cuớa hóỷ (S) trong hóỷ quy chióỳu(R), cỏửn phaới bióỳt 3n thọng sọỳ (vồùi mọựi chỏỳt õióứm cỏửn bióỳt ba toỹa õọỹ x, y, z cuớa noù). Tuy nhión, õóứ mọ taớ chuyóứn õọỹng cuớa vỏỷt rừn (S) trong hóỷ quy chióỳu (R), chố cỏửn bióỳt nhióửu nhỏỳt laỡ 6 thọng sọỳ, nhũm mọ taớ chuyóứn õọỹng cuớa hóỷ quy chióỳu (R S ) gừn lióửn vồùi vỏỷt rừn õọỳi vồùi hóỷ quy chióỳu (R): 1 Caùc hóỷ toaỷ õọỹ vaỡ laỡ caùc hóỷ toỹa õọỹ De scartes (; ; ; ) xyx Oe e e GGG (; ; ; ) SSS xyz Ce e e GGG Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 2 + Ba thäng säú âãø xạc âënh vë trê ca gäúc ca hãû quy chiãúu (R S O S ) âäúi våïi hãû quy chiãúu (R) : ba ta âäü x OS , y OS , z OS ca âiãøm O S trong hãû (R) + Ba thäng säú (ba gọc) âãø xạc âënh phỉång chiãưu ca vectå âån vë S x e G ca hãû (R S ) âäúi våïi hãû (R): α, β, γ • Trong trỉåìng håüp chuøn âäüng ca váût ràõn âỉåüc dáùn hỉåïng båíi mäüt säú rng büc, säú thäng säú cáưn thiãút âãø mä t chuøn âäüng ca váût ràõn cọ thãø < 6. Vê dủ, vnh trn chuøn âäüng trong màût phàóng thàóng âỉïng v ln tiãúp xục våïi màût âáút nàòm ngang chè cáưn hai thäng säú âãø mä t chuøn âäüng ca váût ràõn trong hãû quy chiãúu (R) (Hçnh 2): ⇒ + Honh âäü x ca tám C ca vnh trn trong hãû (R) + Gọc θ xạc âënh phỉång chiãưu ca vẹctå âån vë S x e G ca hãû (R S ) trong (R). §2. Trỉåìng váûn täúc : H çnh 4 y O z P z S ° M ()S (R) () S R x S y S 1) Quan hãû váûn täúc v gia täúc : Xẹt mäüt váût ràõn (S) chuøn âäüng trong hãû quy chiãúu (R). Gi (R S ) l hãû quy chiãúu gàõn liãưn våïi váût ràõn (S) v cọ gäúc P, våïi P l mäüt âiãøm cäú âënh trãn (S). @ Gi l váûn täúc ca âiãøm M thüc váût ràõn (S) trong hãû quy chiãúu (R). Ạp dủng âënh l håüp váûn täúc : / () R vM K // () () () S Re R vM v M vM=+ KKK våïi : : váûn täúc theo ca âiãøm M. () e vM K : váûn täúc ca âiãøm M trong hãû quy chiãúu (R / () S R vM K S ) (Âiãøm M cäú âënh trong hãû quy chiãúu (R S ) : / () 0 S R vM = K ) x Gi l vẹctå quay tỉïc thåìi ca váût ràõn (S) trong hãû quy chiãúu (R) (vẹctå quay ca hãû quy chiãúu (R / S RR Ω K S ) âäúi våïi hãû quy chiãúu (R)) ⇒ /// () () () S Re R RR vM v M vP PM==+Ω× J JJJK K KKK Viãút gn lải, ta cọ : () ()vM vP PM=+Ω× JJJJK K KK (1) Nhỉ váûy, khi biãút váûn täúc ca mäüt âiãøm P v vectå quay tỉïc thåìi Ω K ca váût ràõn (S) cọ thãø xạc âënh váûn täúc ca mäüt âiãøm M báút k thüc váût ràõn (S) theo biãøu thỉïc (1). ⇒ @ Tỉång tỉû, gi l gia täúc ca âiãøm M thüc váût ràõn (S) trong hãû quy chiãúu (R). Ạp dủng âënh l håüp gia täúc : / () R aM G // () () () () S R eC aM a M a M aM=+ + GGGG R våïi : l gia täúc theo ca âiãøm M : () e aM G / // () () ( ) S SS RR e R RR RR d aM aP PM PM dt Ω =+ ×+Ω×Ω× G J JJJG JJJJG G G GG l gia täúc Coriolis : () C aM G do // ()2. () 0 S CRRR s aM vM=Ω × = G GG / () 0 R s vM = G Baỡi giaớng Cồ aỷi Cổồng, Phỏửn I : Cồ hoỹc vỏỷt rừn, Chuyóứn õọỹng cuớa vỏỷt rừn PFIEV aỡ nụng (V6) 3 : gia tọỳc cuớa õióứm M trong hóỷ quy chióỳu (R / () S R aM G S ) (ióứm M cọỳ õởnh trong hóỷ quy chióỳu (R S ) : ) / () 0 S R aM = G Vióỳt goỹn laỷi, ta coù : () () ( ) d a M a P PM PM dt = + ì +ì ì G JJJJG JJJJG G G GG (2) Nhổ vỏỷy, khi bióỳt gia tọỳc cuớa mọỹt õióứm P, vectồ quay tổùc thồỡi K (coỡn goỹi laỡ vectồ vỏỷn tọỳc goùc tổùc thồỡi) vaỡ vectồ gia tọỳc goùc tổùc thồỡi d dt G cuớa vỏỷt rừn (S) trong hóỷ quy chióỳu (R) coù thóứ xaùc õởnh gia tọỳc cuớa mọỹt õióứm M bỏỳt kyỡ thuọỹc vỏỷt rừn (S) theo bióứu thổùc (2). 2) Caùc trổồỡng hồỹp õồn giaớn : H ỗnh 5 y z (R) ()S O a) Vỏỷt rừn (S) chuyóứn õọỹng tởnh tióỳn : Nóỳu vỏỷt rừn chuyóứn õọỹng tởnh tióỳn trong (R) S 0 = K () () (vM vP vt== KKK ) Vỏỷn tọỳc cuớa moỹi õióứm M trón vỏỷt rừn taỷi thồỡi õióứm t cho trổồùc õóửu bũng nhau. Tổồng tổỷ cho gia tọỳc : () () ( dv aM aP at dt === K G KK ) x O z = z S y ()R H ỗnh 6 x S y S M () S R G z e G z r e G e G r H x b) Vỏỷt rừn (S) quay xung quanh mọỹt truỷc Oz cọỳ õởnh trong (R): Xeùt vỏỷt rừn (S) quay xung quanh truỷc Oz cọỳ õởnh trong hóỷ quy chióỳu (;; ;) xyz R Oe e e GGG . Gừn cổùng vồùi vỏỷt rừn mọỹt hóỷ quy chióỳu (; , , ) SSSS R Ox y z nhổ hỗnh 6 vồùi Oz = Oz S . Goỹi laỡ goùc quay cuớa vỏỷt rừn (S) quanh truỷc Oz (goùc quay cuớa hóỷ quy chióỳu (R S ) xung quanh truỷc Oz cuớa hóỷ quy chióỳu (R)). Veùctồ quay cuớa vỏỷt rừn (S) trong (R): (). z te = J JK K Mọựi õióứm M cuớa vỏỷt rừn vaỷch nón mọỹt quyợ õaỷo hỗnh troỡn, coù truỷc laỡ Oz. Trong hóỷ toỹa õọỹ truỷ, vở trờ cuớa M õổồỹc xaùc õởnh bũng : JJJJ r OM re ze=+ z G GG (r vaỡ z khọng phuỷ thuọỹc vaỡo t) @ Vỏỷn tọỳc cuớa õióứm M trong (R) : / () () R dOM v M v O OM OM HM dt ==+ì=ì=ì JJJJG J JJJK JJJJK JJJJK K KK G K ( 2 ) () vM r e = JJK K Vectồ vuọng goùc vồùi HM vaỡ hổồùng theo chióửu chuyóứn õọỹng cuớa (S) trong hóỷ quy chióỳu R. ()vM K @ Gia tọỳc cuớa õióứm M trong (R) : 2 O vaỡ M laỡ hai õióứm thuọỹc vỏỷt rừn nón : () ()vM vO OM=+ì J JJJK K G K ; cọỳ õởnh trong R nón () 0vO= G Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 4 // / (( )) ( ) () RR R dvM dr e de aM r r e dt dt dt θθ θ θ θ θ ⎛⎞ ⎛⎞ ⎛⎞ ===+ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠ ⎝⎠ G G K  JJK G  våïi : // S z r RR de de eeee dt dt θθ θθ θ e θ θ ⎛⎞⎛⎞ = +Ω×=Ω×= ×=− ⎜⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝⎠ GG GG G GGG  G ( 3 ) ⇒ 2 / (( )) () r R dvM aM r e r e dt θ θ θ ⎛⎞ ==−+ ⎜⎟ ⎝⎠ K J KJK G  J  @ Ghi chụ : Gia täúc ca âiãøm M cọ thãø phán thnh hai thnh pháưn : Thnh pháưn hỉåïng tỉì M vãư H (gi l gia täúc hỉåïng tám) v thnh pháưn aM (aM G ) r r e 2 () n aM r e θ =− JK G  () t θ θ = J JK G  vng gọc våïi HM (gia täúc tiãúp tuún). 3) Váût ràõn quay xung quanh trủc cọ phỉång khäng âäøi trong (R): a) Vê dủ 1 : Chuøn âäüng ca thanh truưn : Xẹt cå cáúu tay quay- con trỉåüt nhỉ hçnh 7ỵ, dng âãø biãún chuøn âäüng quay ca kháu OA thnh chuøn âäüng tënh tiãún ca con trỉåüt B v ngỉåüc lải. Hy nghiãn cỉïu chuøn âäüng ca thanh truưn AB cọ khäúi tám l G. Âãø nghiãn cỉïu chuøn âäüng ca thanh truưn AB, ta xẹt thãm hãû quy chiãúu khäúi tám *( ; , , ) xyz R Ge e e G GG tỉång ỉïng våïi hãû quy chiãúu (R). ()R y x A O B M G x y θ (*)R ⊕ z : @ Trong hãû quy chiãúu khäúi tám (R*), thanh truưn AB quay xung quanh trủc Gz cäú âënh. Gi M l mäüt âiãøm báút k ca thanh truưn AB, ta cọ : JJJJ ()* ()* *vM vG GM=+Ω× K K KK * * våïi : v l váûn täúc ca M v G trong hãû quy chiãúu khäúi tám (R*), l ()vM K ()vG K *Ω K H çnh 7 vectå quay tỉïc thåìi ca thanh truưn AB trong hãû (R*) : *(). z te θ Ω= JJK K  Do khäúi tám G cäú âënh trong hãû (R*) ⇒ ()* 0vG = K ⇒ ()* *vM GM=Ω × J JJJK K K Sỉí dủng âënh l håüp váûn täúc, trong hãû quy chiãúu (R), ta cọ : () () ()* e vM v M vM=+ KK K Hãû quy chiãúu khäúi tám (R*) chuøn âäüng tënh tiãún âäúi våïi hãû quy chiãúu (R) ⇒ () () e vM vG= KK ⇒ () () *vM vG GM=+Ω× J JJJK K KK (1) @ Màûc khạc, gi Ω l vectå quay tỉïc thåìi ca thanh truưn AB trong hãû (R), ta cọ : K () ()vM vG GM=+Ω× J JJJK K KK ). (2) Tỉì (1) v (2), suy ra : *( z te θ Ω=Ω= J JK KK  3 Chụ ràòng trong R S , e θ G khäng âäøi nãn / 0 S R de dt θ ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠ G Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 5 Vẹctå quay tỉïc thåìi ca váût ràõn l nhỉ nhau trong hai hãû quy chiãúu (R) v (R*). Måí räüng ra, vẹctå quay tỉïc thåìi ca váût ràõn l nhỉ nhau trong cạc hãû quy chiãúu chuøn âäüng tënh tiãún tỉång âäúi âäúi våïi nhau. @ Ghi chụ: Chuøn âäüng ca thanh truưn AB trong hãû quy chiãúu (R) cọ thãø xem nhỉ håüp ca hai chuøn âäüng: • Chuøn âäüng tënh tiãún cng våïi khäúi tám G trong hãû quy chiãúu (R). • Chuøn âäüng quay xung quanh mäüt trủc Gz âi qua khäúi tám G trong hãû quy chiãúu khäúi tám (R*) (Trủc Gz cäú âënh trong hãû quy chiãúu khäúi tám (R*)). b) Vê dủ 2 : Chuøn âäüng ca mäüt bạnh xe : @ Xẹt mäüt bạnh xe, coi nhỉ mäüt âéa trn, bạn kênh b, tám C, chuøn âäüng trong màût phàóng thàóng âỉïng trãn màût âáút nàòm ngang cäú âënh trong hãû quy chiãúu (R) (Hçnh 8). Gi I l âiãøm tiãúp xục ca bạnh xe v màût âáút tải thåìi âiãøm t. Tải chäù tiãúp xục I vo thåìi âiãøm t, cáưn phán biãût ba âiãø m khạc nhau: • Âiãøm I S ca màût âáút, cäú âënh trong (R). • Âiãøm I R ca bạnh xe. Do bạnh xe làn ⇒ tải mäüt thåìi âiãøm sau âọ I R khäng cn nàòm trãn màût âáút nỉỵa. • Âiãøm hçnh hc I xạc âënh vë trê tiãúp xục. y O z x (R) x bb I = I R = I S H çnh 8 J S = J C C’ ∆x : x θ tải t tải t + ∆ t J R : z = e θ Ω G G  ⊕ M (R*) y ()R z C I H çnh 9 C’ ⊕ .dtΩ t ải t t ải t + δ t : ()∆ : Ω G O y x Tải thåìi âiãøm t, ba âiãøm I S , I R v I cọ váûn täúc khạc nhau trong (R) : ()0 S vI = K () ( )vI vC= KK , båíi vç I v C ln ln nàòm trãn cng mäüt âỉåìng thàóng âỉïng. våïi : () () R vI vC CI=+Ω× JJK K KK Ω K l vẹctå quay ca bạnh xe trong (R). Váûn täúc âỉåüc gi l váûn täúc trỉåüt ca bạnh xe trãn màût âáút (nhåï ràòng màût âáút l cäú âënh trong R). Ta tháúy () R vI v= K g K g v K nàòm theo phỉång tiãúp tuún chung tải I giỉỵa bạnh xe v màût dáút. @ Bạnh xe âỉåüc gi l làn khäng trỉåüt nãúu nhỉ : ()0 gR vvI = = K K . Khi bạnh xe làn khäng trỉåüt trãn màût âáút, tải thåìi âiãøm t âang xẹt, âiãøm I R ca bạnh xe tiãúp xục våïi màût âáút cọ váûn täúc bàòng khäng ⇒ Khi bạnh xe làn khäng trỉåüt trãn màût âáút, giỉỵa hai thåìi Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 6 âiãøm t v t + dt ráút gáưn nhau bạnh xe cọ thãø xem nhỉ chuøn âäüng quay tỉïc thåìi xung quanh mäüt trủc ∆ âi I v song song våïi Ω K y . Trủc ∆ âỉåüc gi l trủc quay tỉïc thåìi ca bạnh xe ( 4 ) (Hçnh 9). @ Chuøn âäüng ca bạnh xe cọ thãø xem nhỉ håüp ca hai chuøn âäüng : + Chuøn âäüng tënh tiãún cng våïi khäúi tám C ( x OC x e b e=+ J JJG G G ) våïi váûn täúc l . Cx vxe= GG  + Chuøn âäüng quay xung quanh trủc Cz J JG âi qua khäúi tám C trong hãû quy chiãúu khäúi tám R* våïi váûn täúc gọc , trong âọ (). z te θ Ω= JJK K  θ l gọc giỉỵa trủc Cx v mäüt bạn kênh CM gàõn cỉïng trãn bạnh xe. @ Váûn täúc ca âiãøm I R trãn bạnh xe tải thåìi âiãøm t: () () R vI vC CI=+Ω× J JK K KK ⇒ () . . (.) Rxz vI xe e be θ =+×− GG G K   y x ⇒ () . Rx vI xe be θ =+ GG K   Suy ra váûn täúc trỉåüt ca bạnh xe trãn màût âáút : ()( .). g Rx vvI x be θ ==+ G G K   @ Bạnh xe làn khäng trỉåüt trãn màût âáút khi: ()0 gR vvI = = K K . Thãú m : (.). g x vxbe θ =+ G G   . Do âọ, khi bạnh xe làn khäng trỉåüt : .0xb θ +=   Màût khạc, nãúu gi ∆x v ∆θ láưn lỉåüt l dëch chuøn ca tám C ca bạnh xe v gọc quay ca bạnh xe trong khong thåìi gian ∆t; J R v J S láưn lỉåüt l cạc âiãøm ca bạnh xe v ca màût âáút, m tải thåìi âiãøm t + ∆t âãún tiãúp xục våïi nhau tải J, ta cọ : SS I Jx = ∆ v cung . RR IJ b θ = ∆ Khi bạnh xe làn khäng trỉåüt trãn màût âáút thç: .0xb θ +=   ⇒ .xb θ ∆= ∆ ⇒ q SS RR I JIJ= @ Ghi chụ : Chuøn âäüng ca thanh truưn (vê dủ 1) v ca bạnh xe (vê dủ 2) cn âỉåüc gi l chuøn âäüng song phàóng. Trong chuøn âäüng song phàóng, mäüt âiãøm M báút k ca váût ràõn chuøn âäüng trong cng mäüt màût phàóng hay trong cạc màût phàóng song song våïi mäüt màût phàóng quy chiãúu âënh trỉåïc. Chuøn âäüng song phàóng ca mäüt váût ràõn cọ thãø xem l täøng håüp ca hai chuøn âäüng: Chuøn âäüng tënh tiãún cng våïi khäúi tám G v chuøn âäüng quay xung quanh trủc Gz âi qua khäúi tám v vng gọc våïi màût phàóng quy chiãúu nọi trãn. §3. Cạc âải lỉåüng âäüng hc : 1) Trỉåìng håüp váût ràõn chuøn âäüng quay xung quanh mäüt trủc cäú âënh : a) Momen âäüng lỉåüng âäúi våïi mäüt âiãøm trãn mäüt trủc : Xẹt mäüt váût ràõn (S) quay xung quanh mäüt trủc ∆ gàõn cỉïng våïi (S) (trủc ∆ cäú âënh trong hãû quy chiãúu R(O; x, y, z)), våïi vẹctå quay l: Ω K . Láúy trủc Oz ca hãû R trng våïi trủc quay ∆. Gi θ l gọc quay ca hãû quy chiãúu (R S ) gàõn cỉïng våïi váût ràõn so våïi hãû (R), ta cọ : z e z e θ Ω=Ω = K G  G (Hçnh 10). Gi M l mäüt âiãøm báút k ca váût ràõn (S), dm l khäúi lỉåüng ca mäüt phán täú thãø têch váût ràõn bao quanh âiãøm M. 4 Khi bạnh xe chuøn âäüng, trủc quay tỉïc thåìi ∆ dëch chuøn theo âiãøm tiãúp xục I giỉỵa bạnh xe v màût âáút v ln ln song song våïi vectå Ω K . Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 7 Momen âäüng lỉåüng A L G ca váût ràõn âäúi våïi âiãøm A cäú âënh trãn trủc Oz trong hãû quy chiãúu (R) : () () A S L AM v M dm=× ∫∫∫ JJJJG G G Do M v A l hai âiãøm thüc váût ràõn (S) nãn (Âiãøm A cäú âënh trãn trủc Oz : ) () () . z vM vA AM e AM=+Ω×=Ω× JJJJG JJJJG G GG G () 0vA= G Suy ra : () .( Az S ) L AM e AM dm=Ω × × ∫∫∫ JJJJG JJJJG G G Hay : 2 () (.) Azz S L AM e AM e AM dm ⎡⎤ =Ω − ⎢⎥ ⎣⎦ ∫∫∫ JJJJG JJJJG JJJJG G GG (Ghi chụ : (.) (.) A BC BCA CAB×× = − GGGGGG GG G ) Gi H l hçnh chiãúu ca M trãn trủc quay ∆, ta cọ : (.). zz A MAHHM AMeeHM=+ = + JJJJ JJJ JJJJ JG JG G JJJGJJJJG G G z y x O z = z S (R) y S x S () S R H çnh 10 M θ r H A () ∆ Ω G (S) θ Suy ra : 2 () () (.)(.) Azz SS L AM dm AM e AM e e HM dm ⎡⎤ =Ω −Ω + ⎣⎦ ∫∫∫ ∫∫∫ JJJJGJJJJG JJJJG GG GGG 22 () () .(.). Az SS LAMdmAHeAMeHM ⎡⎤ =Ω −Ω + ⎣⎦ ∫∫∫ ∫∫∫ z dm J JJJGJJJJG GG GG 22 () () () (.) A z SSS L AM dm AH dm AM e HM dm=Ω −Ω −Ω ∫∫∫ ∫∫∫ ∫∫∫ J JJJJG JJJJG GG G G Màûc khạc : HM 2 = AM 2 - AH 2 Suy ra : 2 () () ((.)) Az SS L HM dm AM e HM dm=Ω −Ω ∫∫∫ ∫∫∫ J JJJG JJJJG GG G Nhỉ váûy, momen âäüng lỉåüng A L G gäưm hai pháưn : • 2 // () . A S . L HM dm=Ω ∫∫∫ GG song song våïi vẹctå quay . Ω G • () .(( .) ) Az S L AM e HM dm ⊥ =−Ω ∫∫∫ JJJJG JJJJG G G vng gọc våïi vẹctå quay . Ω G Ghi chụ : Thnh pháưn khi : 0 A L ⊥ = G @ Váût ràõn nháûn trủc ∆ lm trủc âäúi xỉïng. @ Khi váût ràõn l váût ràõn phàóng nàòm trong màût phàóng qua A v vng gọc våïi trủc ∆. b) Momen âäüng lỉåüng âäúi våïi trủc ∆ - Momen qụan tênh : • Hçnh chiãúu ca momen âäüng lỉåüng L ∆ A L G lãn trủc quay ∆ âỉåüc gi l momen âäüng lỉåüng ca váût ràõn (S) âäúi våïi trủc ∆: 2 // () . AZ A Z S L Le L e HMdm ∆ == =Ω ∫∫∫ GG GG dm L ∆ khäng phủ thüc vo vë trê ca âiãøm A trãn trủc ∆. • Momen quạn tênh ca váût ràõn (S) âäúi våïi trủc quay ∆ âỉåüc âënh nghéa nhỉ sau: 2 () . S Jr ∆ = ∫∫∫ våïi : r l khong cạch tỉì âiãøm M ca váût ràõn âãún trủc quay ∆. Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 8 • Nhỉ váûy : .LJ ∆∆ =Ω v : // . A LJ ∆ = Ω G G Ghi chụ : Trỉåìng håüp váût ràõn (S) bao gäưìm hai pháưn (S 1 ) v (S 2 ), láưn lỉåüt cọ momen quạn tênh âäúi våïi trủc ∆ l J ∆1 v J ∆2 . Khi âọ, momen quạn tênh ca (S) âäúi våïi trủc âäúi våïi trủc ∆ s bàòng : J ∆ = J ∆1 + J ∆2 c) Âäüng nàng : Âäüng nàng ca váût ràõn (S) nọi trãn trong hãû quy chiãúu (R) : 2 () 1 .( ). 2 K S EvM= ∫∫∫ dm AM=Ω× våïi : vM() J JJJG G G Suy ra : () 1 .( ).(). 2 K S EAMv=Ω× ∫∫∫ JJJJG G Mdm G ⇒ () 1 .( ()) 2 K S EAMvMd ⎡⎤ =× ⎢⎥ ⎢⎥ ⎣⎦ ∫∫∫ JJJJG mΩ G G Ta cọ : ().() A MvMΩ× JJJJG G G (()).AM v M×Ω JJJJG G G ) båíi vç : ()()( A BC BCA CAB × =×=× G GGGGG G GG ) = ⇒ // 11 . 22 KA A EL L=Ω= GG Ω ⇒ 2 11 22 K EL J ∆∆ =Ω=Ω 2) Ạp dủng cạc âënh l Koenig : a) Momen âäüng lỉåüng v âäüng nàng ca váût ràõn: Ω G A (S) G O (R) x z (R*) z y x H çnh 11 @ Âãø nghiãn cỉïu chuøn âäüng ca mäüt váût ràõn (S) trong hãû quy chiãúu R(O,x,y,z), ta âỉa thãm vo hãû quy chiãúu khäúi tám R*(G,x,y,z). Khi âọ, ạp dủng cạc âënh l Koenig: y Vãư momen âäüng lỉåüng : * () A G LAGmvGL=× + JJJG GG G våïi : l momen âäüng lỉåüng ca (S) âäúi våïi khäúi tám G trong hãû quy chiãúu (R*); * G L G ** // G GG LL L * ⊥ =+ GG G våïi : thnh pháưn ca song song våïi * //G L G * G L G Ω G ; L * G : thnh pháưn ca * G L G vng gọc våïi Ω . G ⊥ G Vãư âäüng nàng : 2* 1 .() 2 K K E mv G E=+ våïi : * K E l âäüng nàng ca (S) trong hãû quy chiãúu (R*). @ Trỉåìng håüp vectå quay ca váût ràõn (S) ln ln khäng thay âäøi phỉång trong sút quạ trçnh chuøn âäüng, chàóng hản Ω Ω K K ln nàòm theo phỉång trủc Oz (Hçnh 11) ( 5 ) : Trong (R*), (S) quay quanh trủc cäú âënh Gz, ta cọ: ** * * // . G G GG Gz LL L J L ⊥ ⊥ =+=Ω+ GG G GG ** 2 11 22 KGz Gz EL J=Ω=Ω Våïi: : momen quạn tênh ca váût ràõn âäúi våïi trủc Gz. Gz J 5 Vectå quay l nhỉ nhau trong hai hãû quy chiãúu (R) v (R*) Ω K Bi ging Cå Âải Cỉång, Pháưn I : Cå hc váût ràõn, Chuøn âäüng ca váût ràõn PFIEV Â nàơng (V6) 9 * Gz L : momen âäüng lỉåüng ca váût ràõn âäúi våïi trủc Gz trong hãû R. Ghi chụ : Trong biãøu thỉïc ca momen âäüng lỉåüng v âäüng nàng ta tháúy gäưm hai thnh pháưn: Thnh pháưn () A GmvG× JJJG G hay 2 1 .( 2 mv G) G tỉång ỉïng våïi chuøn âäüng tënh tiãún ca ton bäü váût ràõn (S) cng våïi khäúi tám G; thnh pháưn hay ** . G Gz G LJ L ⊥ =Ω+ GG * 1 2 K Gz EJ 2 = Ω tỉång ỉïng våïi chuøn âäüng quay ca váût ràõn (S) quanh trủc Gz trong hãû quy chiãúu khäúiï tám (R*). @ Tråí lải bi toạn chuøn âäüng ca bạnh xe làn trãn màût âáút nàòm ngang cäú âënh trong hãû quy chiãúu trại âáút (R). Trong hãû quy chiãúu khäúi tám R*(C, x, y, z), bạnh xe quay quanh trủc Cz cäú âënh trong R*, ta cọ: våïi: * CCz LJe=Ω G G z 2 1 2 Cz Jmb= ; *2 1 2 K Cz EJ = Ω zz . Ạp dủng âënh l Koenig, trong hãû (R) ta cọ : * () OC LOCmvCL=× + JJJG GG G ⇒ () OG LOCmvCJe=× +Ω JJJG G G G 2* 1 .() 2 K K E mv G E=+ ⇒ 22 11 .() 22 KG EmvGJ=+ z Ω (Chụ : Âáy l trỉåìng håüp váût ràõn phàóng chuøn âäüng trong màût phàóng qua C v vng gọc våïi trủc quay Cz, do âọ thnh pháưn G , chè cn lải thnh pháưn * 0 C L ⊥ = * //C L G ) b) Âënh l Huygens : z z ( ∆ ) x O G (∆ G ) (S) (R) H a Ω G (R*) H çnh 12 Xẹt váût ràõn (S) quay xung quanh mäüt trủc cäú âënh (∆) trng våïi trủc Oz ca hãû quy chiãúu R âang xẹt våïi vẹc tå quay Ω G . Gi G l khäúi tám ca váût ràõn (Hçnh 11). Trong (R*), (S) quay xunh quanh trủc cäú âënh (∆ G ) trng våïi Gz v song song våïi trủc (∆). y Theo âënh l Koenig : 2* 1 .() 2 K K E mv G E=+ (1) y våïi m : khäúi lỉåüng ca váût ràõn K E l âäüng nàng ca váût ràõn trong (R) : 2 1 2 K EJ ∆ =Ω (a) x * K E l âäüng nàng ca váût ràõn trong R* : * 1 2 K G EJ ∆ 2 = Ω (b) Màûc khạc, trong R, khäúi tám G chuøn âäüng trãn vng trn tám H bạn kênh a (H l hçnh chiãúu ca G trãn trủc (∆)) våïi váûn täúc gọc l Ω , do âọ : 222 vG() (c) a = Ω Thay (a) (b) (c) vo (1), suy ra : 2 G J ma J ∆ ∆ =+ Âáy chênh l âënh l Huygens. *********** Bi táûp chỉång Chuøn âäüng ca váût ràõn: AD1 (p29), AD2 (p30), Bi táûp cọ gii (p41), BT2 (p42), BT3 (p42), BT6 (p42), BT7 (p43), BT8 (p43). Bi táûp lm thãm: AD4 (p35), AD5 (p38), BT5 (p42).