Giáo trình nghề công nghệ ô tô môn học MH 08 cơ học ứng dụng phần 1

TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIAO THÔNG VẬN TẢI HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH NGHỀ CÔNG NGHỆ Ô TÔ MÔN HỌC MH 08: CƠ HỌC ỨNG DỤNG SỬ DỤNG CHO ĐÀO TẠO TRUNG CẤP NGHỀ CÔNG NGHỆ Ô TÔ MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ HỌC LÝ THUYẾT- TĨNH HỌC 1- Các tiên đề tĩnh học 1.1- Vật rắn tuyệt đối 1.2- Lực 1.2.1- Lực 1.2.2- Hệ lực 1.2.3- Các tiên đề tĩnh học 1.3- Liên kết phản lực liên kết 1.3.1- Vật tự vật bị liên kết 1.3.2- Phản lực liên kết 1.3.3- Các liên kết 2- Lực 2.1- Phân tích một lực thành hai lực đồng quy 2.2- Tổng hợp lực 2.2.1- Hợp lực hai lực đồng quy 2.2.2- Hợp lực một hệ lực phẳng đồng quy 2.3 - Điều kiện cân bằng hệ lực phẳng đồng quy 12 2.4- Hệ lực phẳng song song 13 3- Mô men 14 3.1- Mô men lực một điểm 14 3.1.1- Định nghĩa 14 3.1.2- Định lý mô men (định lý Varinhông) 15 3.2- Ngẫu lực 15 3.2.1- Định nghĩa 15 3.2.2- Tính chất ngẫu lực một mặt phẳng 17 3.2.3- Hợp hệ ngẫu lực phẳng 17 3.3- Điều kiện cân bằng hệ lực phẳng song song 18 4- Chuyển động chất điểm 19 4.1- Chuyển động học 19 4.2- Chuyển động thẳng 20 4.2.1- Chuyển động thẳng 20 4.2.2- Chuyển động thẳng biến đổi 20 4.3- Chuyển động cong 20 4.3.1- Chuyển động cong 20 4.3.2- Chuyển động cong biến đổi 20 5- Chuyển động vật rắn 21 5.1- Chuyển động tịnh tiến vật rắn 21 5.2- Chuyển động quay vật rắn quanh một điểm cố định 21 5.3- Quỹ đạo, vận tốc, gia tốc điểm thuộc vật rắn quay quanh trục cố định 23 5.4 - Chuyển động tổng hợp điểm 25 5.5- Chuyển động song phẳng 25 6- Công lượng 27 6.1- Các định luật động lực học 27 6.2- Công 28 6.3- Công suất, hiêụ suất 29 Câu hỏi ôn tập 31 Bài tập 31 CHƯƠNG 2: SỨC BỀN VẬT LIỆU 33 1- Những khái niệm sức bền vật liệu 33 1.1- Nhiệm vụ đối tượng sức bền vật liệu 33 1.2- Nội lực 34 1.3- Phương pháp mặt cắt 34 1.4- Ứng suất 35 2- Kéo nén 35 2.1- Khái niệm kéo nén 35 2.1.1- Định nghĩa 35 2.1.2- Nội lực 35 2.1.3- Ứng suất 37 2.2- Biến dạng, định luật Húc 37 2.3- Tính toán kéo nén 39 3- Cắt dập 40 3.1- Cắt 40 3.1.1- Định nghĩa 40 3.1.2- Ứng suất 41 3.1.3- Biến dạng 41 3.2- Dập 42 3.2.1- Định nghĩa 42 3.2.2- Ứng suất 42 4- Xoắn 43 4.1- Khái niệm xoắn 43 4.2- Ứng suất mặt cắt chịu xoắn 45 4.3- Tính toán xoắn 48 5- Uốn 49 5.1- Khái nệm uốn 49 5.1.1- Định nghĩa 49 5.1.2- Nội lực 49 5.2- Ứng suất mặt cắt dầm chịu uốn 51 5.2.1- Biến dạng dầm uốn thuần túy 51 5.2.2- Ứng suất mặt cắt dầm uốn thuần túy 52 5.3- Tính toán uốn 53 5.4- Khái niệm chịu lực phức tạp 54 Câu hỏi ôn tập 56 Bài tập 56 CHƯƠNG 3: CHI TIẾT MÁY 57 1- Những khái niệm cấu máy 57 1.1- Những khái niệm định nghĩa 57 1.1.1- Khái niệm tiết máy 57 1.1.2- Khái niệm cấu truyền động 58 1.1.3- Khái niệm máy 58 1.2- Lược đồ động học sơ đồ động 59 Cơ cấu truyền động ma sát 60 2.1 Cơ cấu truyền động đai 60 2.1.1-Khái niệm 60 2.1.2- Tỷ số truyền 62 2.1.3- Ứng dụng: 63 2.2- Cơ cấu bánh ma sát 64 2.2.1- Khái niệm 64 2.2.2- Tỷ số truyền 64 2.2.3- Ứng dụng 65 3- Cơ cấu truyền động ăn khớp 66 3.1- Cơ cấu bánh 66 3.1.1- Khái niệm 66 3.1.2- Tỉ số truyền 69 3.1.3- Ứng dụng 70 3.2- Cơ cấu xích 71 3.2.1- Khái niệm 71 3.2.2- Tí số truyền 72 3.2.3- Ứng dụng 73 3.3- Cơ cấu bánh vít trục vít 74 3.3.1- Khái niệm 74 3.3.2- Tỉ số truyền 74 3.3.3- Ứng dụng 75 4- Cơ cấu truyền động cam 75 4.1- Khái niệm 75 4.2- Ứng dụng 76 5- Các cấu truyền động khác 77 5.1- Cơ cấu tay quay truyền 77 5.1.1- Khái niệm 77 5.1.2- Ứng dụng 78 5.2- Cơ cấu cóc 78 5.2.2- Ứng dụng: 79 5.3 Cơ cấu đăng 79 5.3.1- Khái niệm 79 5.3.2 - Phân loại 79 5.3.3 - Cấu tạo hoạt động truyền động đăng 79 Câu hỏi ôn tập 83 Tài liệu tham khảo 84 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: CƠ HỌC ỨNG DỤNG Mã số môn học: MH 08 Thời gian môn học: 60 h (Lý thuyết: 60 h; Thực hành: h) I- MỤC TIÊU MÔN HỌC: Học xong môn học học viên có khả năng: - Trình bày khái niệm học ứng dụng - Trình bày phương pháp tổng hợp phân tích lực - Phân tích chuyển động vật rắn - Tính toán thông số nội lực, ứng suất biến dạng vật chịu kéo, nén, cắt, dập, xoắn, uốn toán đơn giản - Chuyển đổi khớp, khâu, cấu truyền động thành sơ đồ truyền động đơn giản - Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc phạm vi ứng dụng cấu truyền động - Tuân thủ đúng quy định học tập làm đầy đủ tập nhà - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận TT I II II NỘI DUNG MÔN HỌC: S Tên chương mục Cơ học lý thuyết Thời gian Tổng số Lý thuyết 18 18 Các tiên đề tĩnh học Lực Mô men Chuyển động chất điểm Chuyển động vật rắn Công lượng Chương 2: Sức bền vật liệu 3 3 20 3 3 20 Những khái niệm sức bền vật liệu Kéo nén Cắt dập Xoắn Uốn 4 4 III Chi tiết máy 22 22 Những khái niệm cấu máy Cơ cấu truyền động ma sát Cơ cấu truyền động ăn khớp Cơ cấu truyền động cam Các cấu truyền động khác Tổng cộng 6 60 60 III ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH: - Vật liệu: + Mỡ bôi trơn, dầu bôi trơn + Giẻ sạch, + Các đệm roăng bìa, giấy nhám, - Dụng cụ trang thiết bị: + Máy vi tính + Máy chiếu qua đầu + Máy chiếu đa phương tiện + Cụm chi tiết vật thử - Học liệu: + Giáo trình kỹ thuật Trường Trung cấp nghề GTCC-Hà nội + Tranh ảnh, vẽ treo tường + Đĩa CD mô - Nguồn lực khác: + Phòng thí nghiệm Cơ lý CHƯƠNG 1: CƠ HỌC LÝ THUYẾTTĨNH HỌC Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết 18 18 MỤC TIÊU Học xong chương người học có khả năng: - Trình bày tiên đề, khái niệm cách biểu diễn lực; loại liên kết - Trình bày phương pháp xác định thông số động học động lực học - Phân tích chuyển động vật rắn - Tuân thủ quy định, quy phạm học lý thuyết NỘI DUNG 1- Các tiên đề tĩnh học (3h) 1.1- Vật rắn tuyệt đối Cơ học quan niệm vật rắn tuyệt đối vật chịu tác dụng có hình dạng kích thước không đổi Vật rắn tuyệt đối mô hình lý tưởng, thực tế chịu tác dụng vật biến đổi hình dạng kích thước Nhưng để đơn giản việc nghiên cứu cân bằng chuyển động vật ta có thể coi vật tuyệt đối rắn 1.2- Lực 1.2.1- Lực - Định nghĩa: Lực tác động tương hỗ từ vật từ môi trường xung quanh lên vật xét, làm cho vật thay đổi vận tốc làm cho vật biến dạng Đầu búa tác động lên vật rèn lực tác động từ vật lên vật khác, trọng lực tác động vào vật lực hút trái đất lên vật đó Trọng lượng một thành phần trọng lực, với sai số nhỏ, trọng lượng vật coi trùng với trọng lực vật đó - Đo lực: dùng lực kế Treo vật có khối lượng khác vào một lò xo thẳng đứng, độ dãn lò xo tỷ lệ với khối lượng vật Mặt khác tại một điểm xác định, trọng lượng vật tỷ lệ với khối lượng vật P = mg p - trọng lượng, m - khối lượng, g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/g2) Căn cứ vào kết luận người ta chế một dụng cụ đo lực gọi lực kế Đơn vị đo trị số lực Niu tơn, ký hiệu: N Bội số Niu tơn ki lô Niu tơn , ký hiêu KN( 1KN =103N); mê ga Niu tơn, ký hiệu MN ( 1MN = 106N) Đơn vị khối lượng ki lô gam, ký hiệu kg - Cách biểu diễn lực Lực đặc trưng ba yếu tố: điểm đặt, phương chiều trị số Nói cách khác lực một đại lượng véc tơ biểu diễn bằng véc tơ lực ( hình 1.1) B A Hình 1.1  Véc tơ AB biểu diễn lực tác dụng lên một vật rắn, đó:  - Gốc A điểm đặt lực AB  - Đường thẳng chứa AB phương lực gọi đường tác dụng lực  mút B chiều lực AB  - Độ dài AB biểu diễn trị số lực AB theo một tỷ lệ xích đó Để đơn giản thường ký hiệu lực bằng chữ in hoa ghi dấu véc tơ chữ in      hoa đó, ví dụ : F , Q, P, R, S  Ví dụ: Một lực F có trị số 150N hợp với phương nằm ngang một góc 45o phía đường nằm ngang Hãy biểu diễn lực đó theo tỷ lệ 5N độ dài mm Bài giải  b Độ dài véc tơ lực F là: 150: 5= 30mm Ta kẻ một đường nằm ngang Ax, kẻ đường B Ab hợp với đường nằm ngang Ax một góc 45o phía đường nằm ngang 45o Đặt lên Ab một độ dài AB bằng 30mm Véc   x A tơ AB biểu diễn lực F cần tìm ( hình1.2) Hình 1.2 1.2.2- Hệ lực - Hai lực trực đối: Là hai lực có trị số , đường tác dụng ngược chiều ( hình 1.3a,b) A F A B F F’ B F’ Hình 1.3a Hình 1.3b - Hệ lực: Tập hợp nhiều lực tác dụng lên một vật rắn gọi hệ lực, ký hiệu     ( F1 , F2 , F 3, , Fn )     Hình 1.4, 1.5, 1.6 thí dụ hệ lực phẳng đồng quy ( F1 , F2 , F 3, , Fn ) ; hệ         lực phẳng song song ( P1 , P2 , P , , Pn ) hệ lực phẳng bất kỳ (Q1 , Q2 ,Q , ,Qn ) - Hai lực tương đương: Hai hệ lực gọi tương đương chúng có tác dụng học lên một vật rắn         ( F1 , F2 , F 3, , Fn ) ( P1 , P2 , P , , Pn ) ~ F1 F3 O - Hợp lực: một lực nhất tương đương với tác dụng hệ lực     ( F1 , F2 , F 3, , Fn ) F2 Hình 1.4       ~ R Thì R hợp lực hệ lực ( F1 , F2 , F 3, , Fn ) - Hệ lực cân bằng: Là hệ lực tác dụng vào vật rắn không làm thay đổi trạng thái học vật rắn (Nếu vật đứng yên thì đứng yên, chuyển động thẳng thì chuyển động thẳng đều) Nói cách khác hệ lực cân bằng tương đương với     ( F1 , F2 , F 3, , Fn ) ~0 Q2 Vật chịu tác dụng hệ lực cân bằng gọi vật trạng thái cân bằng P3 B A A C B C P1 Q3 Q1 P2 Hình 1.5 Hình 1.6 1.2.3- Các tiên đề tĩnh học - Tiên đề (Tiên đề hai lực cân bằng) Điều kiện cần đủ để hai lực tác dụng lên một vật rắn cân bằng chúng phải trực đối ( hình1.3-a,b) R F1 - Tiên đề (Tiên đề thêm bớt hai lực cân bằng) Tác dụng một hệ lực lên một vật rắn không thay đổi thêm vào hay bớt hai lực cân bằng O - Tiên đề (Tiên đề hình bình hành lực) F2 Hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó biểu diễn bằng véc tơ đường Hình 1.7 chéo hình bình hành mà hai cạnh hai véc tơ biểu diễn hai lực cho (hình 1.7)    R  F1  F2 N - Tiên đề ( Tiên đề tương tác) Lực tác dụng phản tác dụng hai lực trực đối (hình 1.8 Tuy nhiên lực tác dụng phản tác dụng không cân bằng vì chúng đặt vào hai vật khác P Hình 1.8 1.3- Liên kết phản lực liên kết 1.3.1- Vật tự vật bị liên kết Vật rắn gọi vật tự nó có thể thực chuyển động tự ý theo phương không gian mà không bị cản trở Ngược lại, vật rắn không tự một vài phương chuyển động nó bị cản trở Những điều kiện cản trở chuyển động vật gọi liên kết Vật không tự gọi vật bị liên kết (còn gọi vật khảo sát) Vật cản trở chuyển động vật khảo sát vật liên kết Ví dụ sách để bàn thì sách vật khảo sát, bàn vật liên kết 1.3.2- Phản lực liên kết Do tác dụng tương hỗ, vật khảo sát tác dụng lên vật liên kết một lực gọi lực tác dụng Theo tiên đề tương tác, vật liên kết tác dụng trở lại vật khảo sát một lực gọi phản lực liên kết Phản lực đặt vào vật khảo sát ( nơi tiếp xúc giữa hai vật) phương, ngược chiều với hướng chuyển động vật khảo sát bị cản trở Trị số phản lực phụ thuộc vào lực tác dụng từ vật khảo sát đến vật gây liên kết 1.3.3- Các liên kết - Liên kết tựa Liên kết tựa cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương vuông góc với mặt tiếp xúc chung giữa vật khảo sát vật gây liên kết (hình 1.9) NC C NB N A NA B Hình 1.9 Phản lực có phương vuông góc với mặt tiếp xúc chung, có chiều phía vật  khảo sát, ký hiệu N Mặt khác: M=Ra, nên R=M/a =150/0,5= 300 N - Điều kiện cân bằng hệ ngẫu lực phẳng Muốn hệ lực phẳng cân bằng thì ngẫu lực tổng hợp nó phải cân bằng, đó m = suy ra:  m = Điều kiện cần đủ để hệ ngẫu lực phẳng cân tổng đại số mô men ngẫu lực thuộc hệ không m=0 3.3- Điều kiện cân bằng hệ lực phẳng song song Hệ lực phẳng song song trường hợp đặc biệt hệ lực phẳng (có lực song song nằm một mặt phẳng) nên điều kiện cân bằng hệ lực phẳng song song là:     Giả sử có một hệ lực phẳng song song ( F1 , F2, F3 Fn ) (hình 1.39 a, b) Chọn hệ trục Oxy có trục một truc song song với lực, lúc đó hiển nhiên hình chiếu lực lên một trục bằng không nên dạng cân bằng hệ lực phẳng song song là: y y F2 Fn F1 Fn F2 F1 x O Hình 1.39 a x O Hình 1.39 b - Dạng 1: Điều kiện cần đủ để hệ lực phẳng song song cân tổng hình chiếu lực lên trục song song với chúng không tổng đại số mô men lực điểm mặt phẳng tác dụng lực không  Fx =   mO (F ) = (1 – 18) hoặc  Fy =   mO (F ) = 18 - Dạng 2: : Điều kiện cần đủ để hệ lực phẳng song song cân tổng đại số mô men lực đốii với hai điểm mặt phẳng tác dụng lực không Đường thẳng qua hai điểm không song song với phương lực   m A (F ) = (1 – 19)   mB (F ) = 4- Chuyển động chất điểm (3h) 4.1- Chuyển động học Chuyển động chất điểm thay đổi vị trí nó so với một vật chọn trước gọi hệ quy chiếu Giả sử có một chất điểm M chuyển động, điểm đó vạch không gian một đường, đường đó gọi quỹ đạo chất điểm hệ quy chiếu Tùy thuộc quỹ đạo đường thẳng hay đường cong mà chuyển động nó gọi chuyển động thẳng hay chuyển động cong - Phương trình chuyển động Giả sử có một chất điểm M chuyển động quỹ đạo cong (hình 1.40) Chọn một điểm O tùy ý quỹ đạo làm gốc định chiều dương quỹ đạo Vị trí điểm M xác định bằng độ dài đại số cung OM = S Điểm M chuyển động nên S thay đổi theo thời gian V M  O  Hình 1.40 Phương trình S = f(t) biểu diễn quy luật chuyển động điểm M dọc theo quỹ đạo gọi phương trình chuyển điểm - Vận tốc Chuyển động một chất điểm quỹ đạo thường lúc nhanh , lúc chậm, đặc trưng cho nhanh chậm dó gọi vận tốc Chuyển động thay đổi phương chiều nên vận tốc một đại lượng vec tơ  Ký hiệu V Vận tốc một hàm số thời gian V = f(t) Đơn vị vận tốc : m/s; km/h - Gia tốc Đại lượng đặc trưng cho biến thiên vận tốc gọi gia tốc Ký hiệu a, Đơn vị m/s2 19 - Gia tốc tiếp tuyến đại lượng đặc trưng cho thay đổi độ lớn vận tốc  Ký hiêu a  ; a  V T - Gia tốc pháp tuyến đại lượng đặc trưng cho thay đổi hướng vận tốc  Ký hiệu a n a n  V2 R a M Gia tốc chuyển động bằng tổng hình học hai véc tơ thành phần (hình 1.41)    a  a  a n a  a2  a n2  O (1 – 20)  a an Hình 1.41 4.2- Chuyển động thẳng 4.2.1- Chuyển động thẳng Chuyển động thẳng chuyển động thẳng có vận tốc không thay đổi V = const ; a = 0; S = vt (1 -21) 4.2.2- Chuyển động thẳng biến đổi Chuyển động thẳng biến đổi chuyển động thẳng sau những khoảng thời gian bằng trị số vận tốc biến đổi những lượng V = Vo  at (1 -22) S = Vot  at /2 * Vận dụng cho trường hợp rơi tự ném lên theo phương thẳng đứng: V= vo  gt (1 -23) h = vot  gt /2 4.3- Chuyển động cong 4.3.1- Chuyển động cong Chuyển động cong có vận tốc luôn không thay đổi gọi chuyển động cong V= const; aτ = ∆v/t = 0; an = v2/R = const; S = vt 4.3.2- Chuyển động cong biến đổi Chuyển động cong cứ sau những khoảng thời gian bằng thì vận tốc tăng hoặc giảm những lượng gọi chuyển động cong biến đổi aτ = ∆v/t = const , an = v2/R a  a2  a n2 Phương trình chuyển động V = Vo  at S = Vot  at2/2 20 5- Chuyển động vật rắn (Lý thuyết -3h + kiểm tra - 1h) 5.1- Chuyển động tịnh tiến vật rắn -Định nghĩa: Chuyển động tịnh tiến vật rắn chuyển động mà đoạn thẳng thuộc vật song song với vị trí ban đầu Ví dụ: Chuyển động thùng xe một đoạn đường thẳng (hình 1.42) chuyển động truyền AB tàu hỏa (hình 1.43) A Hình 1.42 B Hình 1.43 -Tính chất: + Khi vật chuyển động tịnh tiến, điểm thuộc vật vạch những quỹ đạo đồng nhất +Tại thời điểm , điểm thuộc vật có vận tốc gia tốc bằng 5.2- Chuyển động quay vật rắn quanh một điểm cố định - Định nghĩa: Chuyển động quay vật rắn quanh một trục cố định chuyển động mà vật luôn có hai điểm cố định Đường thẳng qua hai điểm cố định gọi trục quay (hình 1.44) Những điểm không thuộc trục quay chuyển động những đường tròn vuông góc với trục quay có tâm nằm trục quay Ví dụ: Chuyển động trục máy, bánh răng, pu ly… - Góc quay Giả sử vật rắn (hình 1.44) quay quanh trục cố định Z Vẽ mặt phẳng P cố định, mặt phẳng Q di động Ban đầu cho Q trùng với P, vật quay đến thời điểm t, Q hợp với P một góc  gọi góc quay Trị số góc quay phụ thuộc vào thời điểm t, hay nói cách khác  hàm số t  = (t) gọi phương trình chuyển động vật quay Đơn vị  Radian, Ký hiệu rad 21 rad = 360o/2 = 57o17’44,8” Z  P Q Hình 1.44 Trong kỹ thuật, góc quay tính theo số vòng quay n Khi vật quay một vòng thì góc quay 2 rad Khi vật quay n vòng thì góc quay 2n rad Tức  = 2n rad (1 -24) - Vận tốc góc Đại lượng đặc trưng cho quay nhanh hay chậm vật quay gọi vận tốc góc, ký hiệu  Giả sử tại thời điểm t, vật quay một góc  Tại thời điểm t1 = t + ∆t vật quay một góc 1 =  + ∆ Như khoảng thời gian ∆t vật quay một góc ∆ Tỷ số ∆ /∆t gọi vận tốc trung bình (tb) Đơn vị vận tốc góc: rad/s Trong kỹ thuật vận tốc góc tính theo số vòng quay một phút, ký hiệu n vg/phút Như biết cứ một vòng quay thì ứng với một góc 2n rad Với n vg quay một phút thì ứng với góc quay 2n rad /phút hay 2n /60 (rad/s) Suy :  = 2n /60 = n /30 rad/s (1 -25) - Gia tốc góc Đại lượng đặc trưng cho biến thiên vận tốc góc chuyển động quay gọi gia tốc góc, ký hiệu  Cũng tương tự gia tốc trung bình tb = ∆ /∆t Khi ∆t → thì tb →  22 Đơn vị gia tốc góc: rad/s2 - Phương trình chuyển động quay + Vật quay ( = const)  =  /t   = t + Vật quay biến đổi ( = const)  = o +  t  = o +  t2/2 (1 -26) (1 -27) 5.3- Quỹ đạo, vận tốc, gia tốc điểm thuộc vật rắn quay quanh trục cố định - Quỹ đạo Quỹ đạo chuyển đông điểm không nằm trục quay thuộc vật quay đường tròn có tâm nằm trục quay, có bán kính khoảng cách từ điểm đó đến trục quay (hình 1.45) Z  A Hình 1.45 - Vận tốc Sau một vòng quay, điểm A B chuyển động một quãng đường bằng chu vi vòng tròn bán kính R A, R B 2 R A; 2 R B (hình 1.46) Z A   VA B VB Hình 1.46 23 Sau một phút, quay n vòng thì quãng đường là: 2 R An ; 2 R Bn Vận tốc quãng đường một đơn vị thời gian V A = 2 R An / 60 = 2 n R A / 30 =  R A V B = 2 R Bn / 60 = 2 n R B / 30 =  R B  V =  R (1 -28) Vận tốc điểm vật quay tích số vận tốc góc vật quay với bán kính quay - Gia tốc Xét một điểm M vật quay, điểm M thực chuyển động tròn nên gia tốc nó gồm hai thành phần gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến (hình 1.47)  an  a a Hình 1.47 + Gia tốc tiếp tuyến a = v - v o /t = R - oR /t = (  - o) R =  R  a =  R (1 – 29) Gia tốc tiếp tuyến điểm vật quay tích số gia tốc góc với bán kính quay + Gia tốc pháp tuyến an = v2/ R = ( R)2/R = 2R  an = 2 R (1 - 30) Gia tốc pháp tuyến điểm vật quay tích số bình phương vận tốc góc với bán kính quay + Gia tốc toàn phần   a  a  an Về trị số: a  a2  an2  ( R)  ( R)  R    (1 – 31) 24 5.4 - Chuyển động tổng hợp điểm Chuyển động tổng hợp một điểm vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay 5.5- Chuyển động song phẳng -Khái niệm Để có khái niệm chuyển động song phẳng vật rắn , ta xét những ví dụ sau: M O Hình 1.48 Chuyển động bánh xe đường ray (hình 1.48) Khi bánh xe chuyển động , điểm M bất kỳ bánh vạch nên quỹ đạo một đường cong nằm một mặt phẳng song song với mặt phẳng cố định cho trước (mặt phẳng vuông góc với trục bánh xe, hình mặt phẳng hình vẽ) A M B Hình 1.49 Chuyển động truyền AB cấu tay quay trượt (hình 1.49) Khi cấu chuyển động, điểm M bất kỳ thuộc truyền vạch nên quỹ đạo một đường cong nằm mặt phẳng song song với mặt phẳng cố định cho trước Dạng chuyển động vật rắn có đặc điểm hai ví dụ gọi chuyển động song phẳng vật rắn định nghĩa sau: Chuyển động song phẳng vật rắn chuyển động mà điểm vật chuyển động mặt phẳng song song với mặt phẳng cho trước Vật rắn chuyển động song phẳng có những biểu hiện: + Mọi điểm vật vạch nên những đường cong phẳng + Trên vật có những hình phẳng chuyển động mặt phẳng nó Vì vật rắn chuyển động song phẳng biểu diễn bằng một hình phẳng dịch chuyển mặt phẳng hình, nghĩa nghiên cứu chuyển động song phẳng vật rắn cần nghiên cứu chuyển động một hình phẳng mặt phẳng nó 25 - Phân tích chuyển động song phẳng bằng phép tịnh tiến quay Giả sử hình phẳng S dịch chuyển từ vị trí I sang vị trí II mặt phẳng Trên S ta lấy một đoạn AB Khi S dịch chuyển AB có vị trí từ A1B1 đến A2B2 (hình 1.50) A” A’ A  SII  B B ’ B ” Hình 1.50 Quá trình dịch chuyển có thể thực sau: Tịnh tiến A1B1 đến A’2B2 sau đó quay A’2B2 một góc 1 đến trùng với A2B2, chuyển động S hoàn toàn thực Điêm B2 chọn làm tâm quay gọi cực Từ đó ta suy ra: vật rắn chuyển động song phẳng thực chất thực liên tiếp chuyển động tịnh tiến quay đồng thời Ta có thể thực bằng cách tịnh tiến A1B1 đến A2B’2 sau đó chọn A2 làm cực quay A2B’2 một góc 2 đến trùng với A2B2 chuyển động S hoàn toàn thực Như ta chọn cực khác thì trình tịnh tiến khác (quỹ đạo A1A khác A1A’2 ) vẫn thực chuyển động quay (1 =2 chiều quay) Như “ Vật rắn chuyển động song phẳng thực hiên đồng thời chuyển động tịnh tiến quay quanh trục khác Chuyển động quay không phụ thuộc vào việc chọn cực” - Vận tốc một diểm vật chuyển động song phẳng 26 VO A VA VAO  O VO Hình 1.51 Giả sử có một hình phẳng S chuyển động mặt phẳng Ta chọn điểm O bất kỳ làm cực, chuyển động S thực hai chuyển động: Tịnh tiến  với cực O với vận tốc VO quay quanh cực với vân tốc   Một điểm A hình có hai thành phần vận tốc (hình 1.51)  Tịnh tiến với cực O có vận tốc VO quay quanh O với vận tốc VAO =  OA ( V AO vuông góc với OA chiều với )    V A  VO  V AO (1 – 32) Vận tốc điểm vật chuyển động song phẳng tổng hình học vận tốc điểm với vật quay quanh cực 6- Công lượng (2h) 6.1- Các định luật động lực học - Định luật quán tính: Chất điểm không chịu tác dụng lực chuyển động thẳng hoặc đứng yên Trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng chất điểm gọi trạng thái quán tính nó Như theo định luật này, không có lực tác dụng lên chất điểm (chất điểm gọi chất điểm cô lập) thì nó có trạng thái quán tính Nói khác đi, chất điểm cô lập bảo toàn trạng thái quán tính mình chưa có lực buộc nó thay đổi trạng thái quán tính nó Do đó, định luật quán tính cho tiêu chuẩn hệ quy chiếu quán tính khẳng định lực nguyên nhân làm biến đổi trạng thái chuyện động - Định luật tỷ lệ giữa lực gia tốc: Trong hệ quy chiếu quán tính, tác dụng lực, chất điểm chuyển động với gia tốc hướng với lực có giá trị tỷ lệ với cường độ lực:   F  ma (1 – 33) 27 Trong đó: hệ số tỷ lệ m có giá trị không đổi, nó số đo quán tính chất điểm gọi khối lượng chất điểm Định luật gọi định luật Niuton       Nếu F  a  (bao gồm trường hợp v  ), tức chất điểm có trạng thái quán tính Khi chất điểm rơi tự trọng trường, ta có: P  mg Từ ta nhận mối quan hệ giữa khối lượng trọng lượng chất điểm, đó g = 9,81 m/s2, gọi gia tốc trọng trường (gia tốc rơi tự do) - Định luật cân bằng giữa lực tác dụng phản tác dụng: Các lực mà chất điểm tác dụng tương hỗ bằng trị số, hướng tác dụng ngược chiều  Như chất điểm A tác động đến B một lực F thì ngược lại B tác   dụng lên A một lực F '  F ngược chiều Nếu ta gọi m m’ khối lượng chất điểm chuyển động F = ma F’ = m’a’ => ma = m’a’ => a m'  a' m (1 – 34) Vậy gia tốc mà chất điểm chuyển động truyền cho tỷ lệ nghịch với khối lượng chúng 6.2- Công Dưới tác dụng lực F, vật di chuyển quãng đường S, ta nói rằng lực F sinh một công Vậy công số đo lượng tạo nên hay hao phí công có thể cho người thực hoặc máy móc Khi nói công lực F sinh quãng đường chính lượng tiêu tốn nguồn sinh lực F, ký hiệu công A F M   S Hình 1.52 Xét chất điểm M di chuyển một quãng đường S tác dụng một lực F không đổi (hình 1.52) Công lực F thực A = F.S.cos (1 – 36) Trong đó F lực tác dụng, S quãng đường  góc hợp phương lực với đường Công lực bằng tích số giữa đoạn đường di chuyển lực với cos góc hợp phương lực đường 28 F.cos hình chiếu lực phương chuyển động (chỉ có thành phần phương chuyển động gây chuyển động) Nhận xét:  < 90o cos dương => A > ta nói lực gây một công động  > 90o cos âm => A < ta nói lực gây một công cản  = 90o cos = => A = ta nói lực không sinh công  = 0o cos = => A = FS => lực F phương với chuyển động Đơn vị công: N.m = J (Jun) 6.3- Công suất, hiêụ suất - Công suất: đo bằng số công thực đơn vị thời gian N A t (1 – 37) Đơn vị công suất = Đơn vị công/ Đơn vị thời gian = J/s = W 1KW = 1000 W - Hiệu suất: Trong trình làm việc máy, công suất máy sản sinh một mặt khác phục những lực cản có ích lực cản vô ích Ví dụ: cần trục nang vật lên thì lực cản có ích trọng lượng p vật có lực cản vô ích ma sát giữ trục ổ quay => A = AC + AO đó: AC công có ích AO công vô ích Hiệu suất   Ac Côngcóích ,  1  A Côngtoànphân (1 -38)  tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng máy móc Hiệu suất gần bằng thì máy hoàn chỉnh 6.4- Thế năng, động - Thế năng: Xét vật có khối lượng m độ cao h so với mặt đất Khi vật rơi xuống có khả sinh công, ta nói rằng: vật có khối lượng độ cao đó có lượng, lượng đó gọi Nếu vật có khối lượng lớn độ cao lớn thì khả sinh công lớn hay nói tỷ lệ với khối lượng độ cao h: At = mgh = P.h (1 - 39) At : (J) m: khối lượng (kg) g: gia tốc trọng trường (9,8 m/s2) h: độ cao (m) p.h chính công lực đoạn đường h => năng lượng vật độ cao đó so với mặt đất bằng công hao phí để đưa vật lên độ cao đó 29 - Động năng: Xét vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v đến va chạm vào vật khác thì truyền vật khác một vận tốc hoặc làm biến dạng, ta nói rằng vật mang lượng, lượng đó gọi động m lớn, v lớn thì động lớn Ký hiệu động Ađ Ađ  mv 2 (1 - 40) Ađ : động m : khối lượng v : vận tốc Vậy động vật đại lượng bằng số trung bình nhân tích số giữa khối lượng bình phương vận tốc Nhận xét: vật đứng yên thì vận tốc vật = (v = 0) - Định luật bảo toàn năng: Năng lượng không không tự tạo mà chuyển hóa từ dạng sang dạng khác từ vật sang vật khác At + Ađ = hằng số (const) (1 - 41) 30 Câu hỏi ôn tập Lực gì ? Cách biểu diễn một lực? Thế hai lực trực đối Hệ lực gì? Nêu định nghĩa hợp lực, hệ lực cân bằng Phản lực liên kết gì? Nêu nguyên tắc chung xác định phương chiều phản lực liên kết Phát biểu điều kiện cân bằng hệ lực phẳng đồng quy Mô men một lực một điểm gì? Viết biểu thức nó quy ước dấu Ngẫu lực gì? Nêu tính chất ngẫu lực cách biểu diễn ngẫu lực hình vẽ Phát biểu điều kiện cân bằng hệ ngẫu lực phẳng Nêu định nghĩa tính chất chuyển động tịnh tiến 10 Vận tốc góc gì? Mối liên hệ giữa vận tốc góc số vòng quay phút 11 Viết phương trình chuyển động quay quay biến đổi 12 Chuyển động song phẳng gì? Nêu ví dụ 13 Phát biểu nội dung định luật động lực học 14 Viết công thức tính động một vật, phát biểu định luật bảo toàn Bài tập Một cầu đồng chất trọng lượng P treo mặt tường thẳng đứng nhờ dây OA (hình 1.53) Xác định hệ lực tác dụng lên cầu Hình 1.53 Thanh AB tựa lên mặt cầu (hình 1.54) Xác định phản lực liên kết tác dụng lên AB Hình 1.54 31   F Cho hai lực F1 F2 đồng quy tại O với F1  F2 ;   = 120 Hỏi phải đặt điểm O một lực F3 để hệ    lực ( F1 , F2 , F3 ) cân bằng (hình 1.55) o  O F2 Hình 1.55 lực Dầm AB chịu tác dụng ngẫu m1= 80KNm, m2 =200KNm, m3 =-140KNm (hình 1.56) Xác định phản lực tại hai gối đỡ A B m2 m1 m3 A B 4m Hình 1.56 Cho dầm AB chịu tác dụng lực phân bố có trọng tải q = 4KN/m Xác định phản lực tại gối đỡ A B (hình1.57) q B A A 3m Hình 1.57 Một vật có trọng lượng P=1000N tựa mặt phẳng nằm ngang (hình 1.58) Tác dụng một lực F = 800N vào vật Hỏi vật có bị lật hay không? a a = 0,4 m h = 0,8 m F P h Hình 1.58 Một vô lăng quay với vận tốc n = 960 vòng/phút, ma sát trục làm vô lăng quay châm dần, sau 16 giây thì dừng hẳn Tìm gia tốc vô lăng số vòng vô lăng quay 16 giây đó Một vật có khối lượng kg thả rơi tự từ độ cao h = 10m a, Tính động vật lúc chạm đất b, Vận tốc vật lúc chạm đất ? ( cho biêt g = 10 m/s2 ) 32 [...]... = F12 + F22 - 2 F1 F2 cos (18 00-α) Vì cos (18 00-α) = - cos α 6 R2 = F12 + F22 + 2 F1 F2 cosα R  F12  F22  2 F1 F2 cos (1 – 1) F1 * Các trường hợp đặc biệt:   + Hai lực F1 và F2 cùng phương, cùng chiều (hình 1. 16) : O F2 R Hình 1. 16 Góc α = 0 và cosα = 1 R = F 1 + F2   + Hai lực F1 và F2 cùng phương, ngược chiều (Hình 1. 17) : Góc α = 18 00, cosα = -1 R = F1 - F2 nếu F1 lớn hơn F2 F2 O R F1 Hình... ô ng (chỉ có thành phần trên phương chuyển ô ng mới gây ra chuyển ô ng) Nhận xét:  < 90o thì cos dương => A > 0 ta nói lực gây ra một công ô ng  > 90o thì cos âm => A < 0 ta nói lực gây ra một công cản  = 90o thì cos = 0 => A = 0 ta nói lực không sinh công  = 0o thì cos = 1 => A = FS => lực F cùng phương với chuyển ô ng Đơn vị công: N.m = J (Jun) 6.3- Công suất, hiêụ suất - Công. .. O A l2 B O l1 A B l1 R R P1 Hình 1. 30 P2 Hình 1. 31 3- Mô men 3 .1- Mô men của lực đối với một điểm 3 .1. 1- Định nghĩa Mô men của lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng quay của lực (hình 1. 32) Mô men của lực không những phụ thuộc vào trị số của lực mà còn phụ thuộc vào cánh tay đòn của lực tới tâm quay 9 tức là khoảnh cách từ tâm quay tới đường tác dụng của lực (3h) a F O Hình 1. 32 Từ đó... (hình 1. 29)    R  F1  F2 R= F1 - F2 (1 – 13 ) l1 F2  l 2 F1 13 - Phân tích một lực ra hai lực song song ngược chiều Phân tích một lực ra hai lực song song ngược chiều khi biết trị số một lực thành phần P1 và thành phần điểm đặt A của nó Cách làm tương tự như phân tích một lực ra hai lực cùng chiều   Nếu P1 cùng chiều với R (hình 1. 30 )   Nếu P1 ngược chiều với R (hình 1. 31) P2 P1 l2... = 64Nm H Hình 1. 33 3 .1. 2- Định lý về mô men (định lý Varinhông) Mô men của hợp lực của một hệ lực phẳng đối với một điểm nào đó nằm trên mặt phẳng bằng tổng đại số mô men thành phần đối với điểm đó   mO ( R)  mO ( F ) (1 – 15 ) * Ví dụ 3.2: Xác định mô men của hợp lực đối với các điểm A và B, biết F1 = 12 0N, F2 = 200N F3 =18 0N (hình 1. 34) F2 F1 F3 B A 2m 5m 1m Hình 1. 34 Bài giải ... tốc chuyển ô ng bằng tổng hình học của hai véc tơ thành phần (hình 1. 41)    a  a  a n a  a2  a n2  O (1 – 20)  a an Hình 1. 41 4.2- Chuyển ô ng thẳng 4.2 .1- Chuyển ô ng thẳng đều Chuyển ô ng thẳng đều là chuyển ô ng thẳng có vận tốc không thay đổi V = const ; a = 0; S = vt (1 - 21) 4.2.2- Chuyển ô ng thẳng biến đổi đều Chuyển ô ng thẳng biến đổi đều là chuyển ô ng thẳng... toàn phần R (hình1 -12 a) R Hình 1. 11 SB C SA A P B Y Y X Hình 1- 12 a Hình 1- 12 b Bản lề di ô ng phản lực có phương giống như liên kết tựa đặt ở tâm bản lề ký  hiệu Y (hình 1- 12 b) 5 2- Lực (3h) 2 .1- Phân tích một lực thành hai lực ô ng quy - Khi biết phương của hai lực  Giả sử biết lực R đặt tại điểm O và hai phương Ox, Oy (hình 1 13) Cần phân    tích R thành hai lực F1 và F2 đặt trên... trong đó: AC là công có ích và AO là công vô ích Hiệu suất   Ac Côngcóích ,  1  A Côngtoànphân (1 -38)  là chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng của máy móc Hiệu suất gần bằng 1 thì máy càng hoàn chỉnh 6.4- Thế năng, ô ng năng - Thế năng: Xét 1 vật có khối lượng m ở ô cao h so với mặt đất Khi vật rơi xuống có khả năng sinh công, ta nói rằng: vật có khối lượng ở ô cao nào đó... hai lực đó (hình 1. 27)    O A B R  F1  F2 A (1 – 12 ) R= F1 + F2 l1 l2 l1 F2  l 2 F1 F * Ví dụ thực tế: Đòn bẩy (hình 1. 28) Để nâng một vật nặng có trọng lượng P, ta dùng đòn bẩy để sao cho khoảng cách từ vật đến điểm tựa nhỏ hơn khoảng cách từ điểm tựa đến điểm đặt lực F Như vậy lực F sẽ nhỏ hơn trọng lượng P 2 F 1 R Hình 1. 27 F F l2 l1 l2 O O A 2 B l1 R P Hình 1. 28 F 1 1.29 Hình - Hợp lực... bằng m thì mo(F) tính bằng Nm 14   *Ví dụ 3 .1: Tìm mô men của các lực F1 , F2 đã cho ở (hình 1. 33) đối với điểm O Biết F1 = F2 = 320N CA = 0,4 m,  =30O Bài giải  Cánh tay đòn của lực F1 là a1 = OA = 0,4m  Cánh tay đòn của lực F2 là a2 = OA sin300 = 0,4 x 0,5 = 0,2m  Mô men của lực F1 đối với điểm O là: F1 A O  F2  mO ( F1 ) = -F1a1 = -320 x 0,4 = - 12 8Nm  Mô men của lực F2 đối với điểm