Giáo trình Cơ kỹ thuật - Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI
------
GIÁO TRÌNH
CƠ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCĐGTVT
ngày tháng năm 20 của …………………………………..
Lƣu hành nội bộ - Năm 2019
ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI
------
GIÁO TRÌNH
CƠ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Chủ biên: ThS. Trần Thị Trà My
Thành viên:ThS. Lê Anh Tuyến
ThS. Ngô Thị Kim Uyển
KS. Lê Đức Thông
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Giáo trình “Cơ kỹ thuật” dùng làm tài liệu học tập hoặc giảng dạy được
biên soạn dựa trên cơ sở chương trình môn học. Nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
i
LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình “CƠ KỸ THUẬT” được biên soạn theo chương trình môn học
Cơ kỹ thuật, tài liệu dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên chuyên ngành Công
nghệ Kỹ thuật ôtô. Ngoài ra còn có thể làm tài liệu tham khảo cho các chuyên
viên và học viên ngành cơ khí.
Nội dung của giáo trình được biên soạn với những kiến thức cơ bản nhất về
cơ kỹ thuật. Trên cơ sở mục tiêu môn học khi biên soạn nhóm tác giả đã cố gắng
trình bày nội dung giáo trình một cách ngắn gọn, dễ hiểu, cuối mỗi chương là
tập hợp các câu hỏi và bài tập giúp người học kiểm tra lại kiến thức đã trình bày
trong chương đó. Nhóm tác giả mong rằng với giáo trình này, sinh viên sẽ hiểu
được những điều cơ bản nhất của môn Cơ kỹ thuật, làm kiến thức nền tảng để
học tốt các môn chuyên ngành.
Giáo trình Cơ kỹ thuật chia làm 2 chương chính:
Chương 1: Cơ học lý thuyết - Tĩnh học.
Căn cứ vào chương trình, nội dung chia ra thành các phần: Tĩnh học
nghiên cứu các quy luật cân bằng của vật thể dưới tác dụng của lực. Động học
chỉ nghiên cứu các quy luật chuyển động của vật thể đơn thuần về mặt hình học.
Động lực học nghiên cứu các quy luật chuyển động của vật thể dưới tác dụng
của lực.
Chương 2: Sức bền vật liệu.
Trình bày đầy đủ các khái niệm cơ bản về nội lực, ứng suất và các giả
thuyết về vật liệu. Tính toán được nội lực của vật liệu bằng phương pháp sử
dụng mặt cắt. Ứng dụng kiến thức đã học vào việc tính toán điều kiện bền của
kết cấu trong các trường hợp chịu lực cụ thể.
Trong quá trình biên soạn giáo trình, nhóm tác giả xin chân thành cám ơn
đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp chân thành và vô cùng qu báu của các
đồng nghiệp và các chuyên gia trong và ngoài trường.
ii
Giáo trình biên soạn không tránh khỏi một số sai sót nhất định. Chúng tôi
rất mong tiếp tục nhận được nhiều ý kiến đóng góp của qu đồng nghiệp và đọc
giả để giáo trình được b sung, chỉnh sửa ngày một hoàn thiện hơn.
Nhóm tác giả
iii
MỤC TIÊU MÔN HỌC
Giáo trình “Cơ kỹ thuật” được biên soạn trên cơ sở chương trình chương
trình môn học Cơ kỹ thuật được xây dựng theo Thông tư số: 03/2017/TT-
BLĐTBXH ngày 01/03/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã
hội của nhà trường đã được phê duyệt, nội dung giáo trình bám sát được chương
trình đào tạo. Phần cơ học giúp cho sinh viên nghiên cứu các quy luật cân bằng
và chuyển động của vật thể dưới tác dụng của lực, phần sức bền vận liệu trang bị
kiến thức cơ bản cho việc tính bền của các kết cấu thường dùng trong cơ khí. Cơ
kỹ thuật là môn học làm nền tảng cho các môn học kỹ thuật cơ sở và kỹ thuật
chuyên ngành. Ngoài ra, giáo trình được biên soạn dựa vào điều kiện với các mô
hình, thiết bị được trang bị cho xưởng thực tập của khoa, phù hợp với điều kiện
nghiên cứu của sinh viên.
Giáo trình sau khi biên soạn, được hội đồng nghiên cứu khoa học công
nhận sẽ dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên chuyên ngành Công
nghệ kỹ thuật ôtô. Tuy nhiên, giáo trình cũng có thể làm tài liệu nghiên cứu cho
sinh viên các chuyên ngành kỹ thuật khác, làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật
viên làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí.
iv
MỤC LỤC
Chƣơng 1: CƠ HỌC LÝ THUYẾT - TĨNH HỌC............................................................... 1
Bài 1. CÁC TIÊN ĐỀ TĨNH HỌC....................................................................................... 2
1.1. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................................2
1.1.1. Vật rắn tuyệt đối ...........................................................................................2
1.1.2. Lực................................................................................................................2
1.1.3. Một số định nghĩa .........................................................................................4
1.2. Các tiên đề tĩnh học .....................................................................................................6
1.2.1. Tiên đề 1: (tiên đề về sự cân bằng hai lực)...................................................6
1.2.3. Tiên đề 3: (tiên đề về hình bình hành lực)....................................................6
1.2.5. Tiên đề 5: (tiên đề hoá rắn)...........................................................................7
1.2.6. Tiên đề 6: (tiên đề giải phóng liên kết).........................................................7
1.3. Liên kết và phản lực liên kết ......................................................................................7
1.3.1. Liên kết và phản lực liên kết.........................................................................8
1.3.2. Các liên kết cơ bản........................................................................................8
1.3.3. Nhận định về hệ lực tác dụng lên vật rắn ...................................................10
2.1. Hệ lực phẳng đồng quy .............................................................................................15
2.1.1. Định nghĩa...................................................................................................15
2.1.2. Hợp lực của hai lực đồng quy.....................................................................15
2.2. Phân tích một lực thành hai lực đồng quy ..............................................................17
2.2.1. Khi biết phương của hai lực........................................................................17
2.3. Hợp lực của một hệ lực phẳng đồng quy................................................................19
2.3.1. Phương pháp đa giác lực.............................................................................19
2.4. Điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng đồng quy ....................................................22
2.4.1. Phương pháp hình học ................................................................................22
2.4.2. Phương pháp giải tích .................................................................................23
2.5. Hệ lực phẳng song song............................................................................................27
2.5.3. Hợp hệ lực phẳng song song.......................................................................33
3.1. Mômen của lực đối với một điểm............................................................................43
3.1.1. Định nghĩa...................................................................................................43
3.2. Ng u lực......................................................................................................................47
3.2.1. Định nghĩa...................................................................................................47
3.2.4. Thu gọn hệ lực phẳng .................................................................................50
v
3.3. Điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng song song ...................................................55
Bài 4. MA SÁT.................................................................................................................... 62
4.1. Ma sát trượt.................................................................................................................62
4.1.1. Định nghĩa...................................................................................................62
4.1.2. Các định luật về ma sát trượt ......................................................................62
4.1.4. Điều kiện cân bằng khi có ma sát trượt ......................................................64
4.2. Ma sát lăn....................................................................................................................66
4.2.1. Định nghĩa...................................................................................................66
4.2.2. Các định luật về ma sát lăn.........................................................................66
4.2.3. Điều kiện cân bằng .....................................................................................67
Bài 5. TRỌNG TÂM – CÂN BẰNG ỔN ĐỊNH ................................................................ 73
5.1. Trọng tâm....................................................................................................................73
5.1.1. Khái niệm về trọng tâm ..............................................................................73
5.1.2. Tọa độ trọng tâm của hình phẳng ...............................................................73
5.1.3. Các phương pháp xác định trọng tâm.........................................................75
5.2. Cân bằng n định .......................................................................................................79
Bài 6. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỂM ................................................................................ 88
6.1. Phương trình chuyển động của điểm.......................................................................88
6.1.1. Quĩ đạo của điểm........................................................................................88
6.1.2. Phương trình chuyển động của điểm ..........................................................88
6.2. Vận tốc chuyển động của điểm................................................................................90
6.2.1. Định nghĩa...................................................................................................90
6.2.2. Vận tốc chuyển động cong .........................................................................90
6.3. Gia tốc chuyển động của điểm.................................................................................92
6.3.1. Định nghĩa...................................................................................................92
6.3.2. Gia tốc toàn phần........................................................................................92
6.3.3. Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến.....................................................92
6.4. Những chuyển động thường gặp..............................................................................94
6.4.1. Chuyển động thẳng biến đ i đều ................................................................94
6.4.2. Chuyển động tròn biến đ i đều...................................................................96
6.5.1. Vận tốc........................................................................................................98
6.5.2. Gia tốc.........................................................................................................99
7.1. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn .........................................................................107
7.1.1. Định nghĩa.................................................................................................107
7.1.2. Tính chất của chuyển động tịnh tiến.........................................................108
7.2.1. Định nghĩa.................................................................................................108
7.2.2. Vận tốc góc ...............................................................................................109
7.2.3. Gia tốc góc................................................................................................110
7.2.4. Các chuyển động quay thường gặp...........................................................112
vi
7.3.1. Quỹ đạo.....................................................................................................114
7.3.2. Vận tốc......................................................................................................114
7.3.3. Gia tốc.......................................................................................................115
7.4. Chuyển động t ng hợp của điểm ...........................................................................119
7.4.1. Khái niệm và định nghĩa...........................................................................119
7.4.2. Định l hợp vận tốc...................................................................................120
7.5. Chuyển động song phẳng của vật rắn....................................................................123
Bài 8. CÔNG VÀ NĂNG LƢỢNG ................................................................................... 139
8.1. Cơ sở động lực học chất điểm................................................................................139
8.1.1. Các tiên đề cơ bản của động lực học ........................................................139
8.1.3. Lực quán tính, nguyên l Đalămbe...........................................................145
8.1.4. Cơ sở động lực học hệ chất điểm..............................................................148
8.2. Công của lực.............................................................................................................153
8.2.2. Định l công của hợp lực..........................................................................155
8.2.3. Công của trọng lực....................................................................................156
8.2.4. Công trong chuyển động quay..................................................................156
8.3. Công suất và hiệu suất.............................................................................................159
8.3.1. Khái niệm về công suất.............................................................................159
8.3.2. Công suất trong chuyển động thẳng .........................................................159
8.3.3. Công suất trong chuyển động quay ..........................................................159
8.3.4. Khái niệm về hiệu suất .............................................................................160
9.1. Định lý biến thiên động lượng của chất điểm ......................................................167
9.1.1. Động lượng của chất điểm........................................................................167
9.1.2. Xung lượng của lực ..................................................................................167
9.1.3. Định l biến thiên động lượng..................................................................167
9.2. Định lý biến thiên động lượng của hệ chất điểm.................................................170
9.2.1. Động lượng của hệ chất điểm...................................................................170
9.3. Định lý biến thiên động năng của chất điểm........................................................172
9.3.1. Động năng của chất điểm .........................................................................172
9.4. Định lý biến thiên động năng của hệ chất điểm...................................................174
9.4.1. Động năng của hệ chất điểm.....................................................................174
Chƣơng 2: SỨC BỀN VẬT LIỆU.................................................................................... 168
10.1. Đối tượng và nhiệm vụ của sức bền vật liệu......................................................180
10.1.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................180
10.1.2. Nhiệm vụ.................................................................................................180
10.2. Một số giả thuyết cơ bản về sức bền vật liệu.....................................................181
10.2.2. Giả thiết về sự đàn hồi của vật liệu.........................................................181
vii
10.3.1. Ngoại lực.................................................................................................182
10.3.2. Nội lực ....................................................................................................183
10.3.3. Phương pháp mặt cắt và ứng suất...........................................................186
10.3.4. Biểu đồ nội lực (Bài toán phẳng)............................................................189
Bài 11. KÉO – NÉN ĐÚNG TÂM ................................................................................... 197
11.1.1. Định nghĩa...............................................................................................197
11.1.2. Lực dọc và biểu đồ lực dọc.....................................................................197
11.2. Ứng suất và biến dạng...........................................................................................201
11.2.2. Kiểm tra bền của thanh chịu lực.............................................................202
11.2.3. Biến dạng ................................................................................................203
11.3. Tính toán về k o n n.............................................................................................204
11.3.1. Định luật Húc (Hooke) ...........................................................................204
Bài 12. CẮT VÀ DẬP ....................................................................................................... 212
12.1. Cắt............................................................................................................................212
12.1.1. Định nghĩa...............................................................................................212
12.1.2. Ứng suất..................................................................................................212
12.1.3. Biến dạng ................................................................................................213
12.1.4. Định luật Húc..........................................................................................213
12.1.5. Tính toán về cắt.......................................................................................213
12.2. Dập ..........................................................................................................................214
12.2.1. Định nghĩa...............................................................................................214
12.2.2. Ứng suất..................................................................................................214
12.2.3. Tính toán về dập .....................................................................................215
13.1. Định nghĩa ..............................................................................................................220
13.1.2. Vẽ biểu đồ...............................................................................................221
13.2. Biến dạng của thanh tròn chịu xoắn....................................................................223
13.3.1. Ứng suất trên mặt cắt thanh chịu xoắn ...................................................224
13.3.2. Tính toán về xoắn ...................................................................................225
Bài 14. UỐN PHẲNG CỦA THANH THẲNG ............................................................... 230
14.1. Các định nghĩa và phân loại .................................................................................230
14.1.1. Định nghĩa...............................................................................................230
14.1.2. Phân loại .................................................................................................230
14.2. Nội lực và biểu độ nội lực ....................................................................................231
14.2.1. Nội lực – quy ước dấu của nội lực..........................................................231
14.2.2. Biểu độ nội lực cho và M....................................................................232
14.3. Dầm uốn phẳng thuần túy.....................................................................................235
14.3.1. Định nghĩa...............................................................................................235
14.3.2. Ứng suất pháp trên mặt cắt ngang ..........................................................235
viii
14.3.4. Vị trí trục trung hòa ................................................................................238
14.3.5. Ứng suất k o và n n lớn nhất .................................................................239
14.3.6. Tính toán về uốn phẳng thuần túy ..........................................................240
14.4. Uốn ngang phẳng...................................................................................................243
14.4.1. Định nghĩa...............................................................................................243
14.4.2. Ứng suất pháp trên mặt cắt ngang ..........................................................244
14.4.3. Ứng suất tiếp trên mặt cắt ngang ............................................................244
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Biểu diễn lực tác dụng lên vật thể...................................................................3
Hình 1.2: Hai lực trực đối...............................................................................................4
Hình 1.3: Hệ lực tác dụng lên vật thể. ............................................................................4
Hình 1.4: Hai hệ lực tương đương. .................................................................................5
Hình 1.5: Hệ lực và hợp lực của hệ.................................................................................5
Hình 1.6: Hợp lực của hai lực theo tiên đề hình bình hành lực......................................6
Hình 1.7: Lực và phản lực tác dụng................................................................................7
Hình 1.8: Lực tác dụng và phản lực liên kết tựa.............................................................8
Hình 1.9: Lực tác dụng và phản lực liên kết dây mềm....................................................8
Hình 1.10: Lực tác dụng và phản lực liên kết thanh.......................................................9
Hình 1.11: Phản lực và sơ đồ khớp liên kết bản lề di động............................................9
Hình 1.12: Phản lực và sơ đồ khớp liên kết bản lề cố định. .........................................10
Hình 1.13: Phản lực và sơ đồ liên kết ngàm. ................................................................10
Hình 2.1: Hệ lực phẳng đồng quy. ................................................................................15
Hình 2.2: Hợp hai lực đồng quy....................................................................................15
Hình . Hợp lực của hai lực đồng quy vu ng g c. ....................................................16
Hình 2.11: Chiếu lực lên trục tọa độ.............................................................................21
Hình 2.16: Hợp hai lực song song cùng chiều..............................................................27
Hình 2.21: Hợp lực của hai lực song song ngược chiều...............................................31
Hình 2.25: Hợp hệ lực song song..................................................................................34
Hình 2.26: Tâm của hệ lực song song...........................................................................35
Hình 2.27: Hệ lực ph n bố đều. ....................................................................................35
Hình 3.1: Cách lấy m men của lực đối với một điểm...................................................43
Hình 3.2: Cách lấy dấu m men.....................................................................................43
Hình 3.4: M men hợp lực hệ là hai lực đồng qui. ........................................................45
ix
Hình 3.5: M men hợp lực hệ là hai lực song song. ......................................................46
Hình 3.7: Ngẫu lực. .......................................................................................................47
Hình 3.8: Ký hiệu chiều quay ngẫu lực.........................................................................48
Hình 3.11: Dời song song một lực. ...............................................................................50
Hình 3.12: Thu một hệ lực về t m cho trước.................................................................50
Hình 4.1: Lực ma sát trượt............................................................................................62
Hình 4.4: Điều kiện cân bằng theo góc ma sát..................................................................64
Hình 4.6: Sự hình thành ma sát lăn...............................................................................66
Hình 5.1: Trọng t m vật rắn..........................................................................................73
Hình 5.2: Cách xác định tọa độ trọng t m....................................................................74
Hình 5.9: C n bằng ổn định..........................................................................................80
Hình 5.10: C n bằng h ng ổn định. ............................................................................80
Hình 5.11: C n bằng phiếm định. .................................................................................80
Hình 5.12: Ổn định vật tựa trên mặt phẳng. .................................................................81
Hình 6.1: Điểm chuyển động trên quỹ đạo cong...........................................................88
Hình 6.2: Tọa độ điểm M. .............................................................................................89
Hình 6.3: Vận tốc của điểm chuyển động......................................................................90
Hình 6.4: Vận tốc của điểm...........................................................................................91
Hình 6.5: Gia tốc của điểm. ..........................................................................................92
Hình 6.6: Gia tốc toàn phần..........................................................................................93
Hình 6.7: Chiều của gia tốc tiếp tuyến .....................................................................94
Hình 7.1: Chuyển động tịnh tiến. ................................................................................107
Hình 7.2: Một số cơ cấu chuyển động tịnh tiến. .........................................................107
Hình 7.3: Góc quay ..................................................................................................108
Hình 7. Điểm quay quanh trục cố định....................................................................114
Hình 7.7 Sơ đồ chuyển động tổng hợp của điểm. ......................................................119
Hình 7.9 Định lý vận tốc tuyệt đối. ............................................................................121
Hình 7. Các cơ cấu chuyển động song phẳng........................................................124
Hình 7.13: vật chuyển động song phẳng.....................................................................124
Hình 7.14: Phân tích chuyển động song phẳng. .........................................................125
Hình 7.15: Vận tốc của điểm thuộc hình phẳng..........................................................126
không vuông góc với phương vận tốc..........................................................................129
Hình . Hướng của gia tốc và lực............................................................................139
Hình 8.5: Lực tác dụng và lực phản tác dụng.............................................................141
Hình 8.6: Chất điểm trong chuyển động phẳng. .........................................................141
Hình 8.9: Lực quán tính và gia tốc của chất điểm......................................................145
Hình 8.12: Lực quán tính vật quay quanh trục cố định. .............................................149
x
Hình 8.18: Công của hợp lực. .....................................................................................156
Hình 8.19: Công của trọng lực....................................................................................156
Hình 8.20: Công của ngẫu lực. ...................................................................................157
Hình 10.3: Trục thanh và mặt cắt thanh. ....................................................................180
Hình 10.5: Sơ đồ dầm chịu tác dụng của ngoại lực....................................................183
Hình 10.6: Sơ đồ dầm chịu tác dụng của lực tập trung. .............................................183
Hình 10.7: Sơ đồ dầm chịu tác dụng của lực phân bố................................................183
Hình 10.8: Vật thể chịu lực cân bằng..........................................................................184
Hình 10.9: Các thành phần của nội lực. .....................................................................184
Hình 0. 0 Qui ước dấu của Nz, Qy. ..........................................................................186
Hình 0. Qui ước dấu của Mx. ...............................................................................186
Hình 10.12: hương pháp mặt cắt. .............................................................................186
Hình 10.13: Các thành phần của ứng suất..................................................................187
Hình 11.5: Biến dạng trong thanh chịu kéo. ...............................................................201
Hình 11.7: Biến dạng trong thanh chịu kéo hoặc nén.................................................204
Hình . Đinh tán và thanh chịu cắt........................................................................212
Hình 12.2: Biến dạng trong thanh chịu cắt.................................................................213
Hình 13.1: Mômen xoắn trong thanh chịu xoắn. ........................................................220
Hình . Quy ước dấu của thanh chịu xoắn. ...........................................................220
Hình 13.5: Biến dạng của thanh tròn chịu xoắn. ........................................................223
Hình 13.6: Tỉ lệ khoảng cách tới trục của ứng suất z.....................................................224
Hình . ầm chịu uốn phẳng. ................................................................................230
Hình 14.3: Dầm uốn ngang phẳng..............................................................................231
Hình 14.4: Nội lực dầm chịu uốn ngang phẳng..........................................................231
Hình . Quy ước biểu diễn biểu đồ nội lực. ...........................................................232
Hình 14.7: Dầm chịu uốn thuần tuý............................................................................235
Hình 14.10: Biến dạng dầm chịu uốn thuần tuý..........................................................237
pháp; c) Sự phân bố ứng suất tiếp...............................................................................246
xi
CHƢƠNG 1: CƠ HỌC LÝ THUYẾT - TĨNH HỌC
MỤC TIÊU
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
Trình bày đầy đủ các tiên đề, các khái niệm và cách biểu diễn lực, các loại
liên kết cơ bản.
Biểu diễn và tính toán chính xác lực tác dụng và các phản lực liên kết.
Trình bày được các khái niệm về mômen của lực đối với một điểm, ng u lực
Lập được phương trình mômen tính toán hệ lực tác dụng
Tính toán chính xác các bài toán hệ lực phẳng song song
Giải thích r nguyên nhân sinh ra ma sát trươt, ma sát lăn
Trình bày được đầy đủ các khái niệm, các phương trình biểu diễn động lực
học, công, công suất, động năng, thế năng
Tính toán đúng lực, công, công suất, động năng, thế năng của vật chuyển
động.
NỘI DUNG
Cơ kỹ thuật
1
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
Bài 1. CÁC TIÊN ĐỀ TĨNH HỌC
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. V t r n tu ệt i
Vật rắn tuyệt đối là vật thể có hình dạng bất biến, nghĩa là khoảng cách hai
phần tử bất kỳ trên nó luôn luôn không đ i trong suốt quá trình chịu lực. Vật thể
có hình dạng biến đ i gọi là vật biến dạng.
Trong tĩnh học chỉ khảo sát những vật thể là rắn tuyệt đối thường gọi tắt là
vật rắn. Thực tế cho thấy hầu hết các vật thể đều là vật biến dạng. Tuy nhiên,
nếu tính chất biến dạng của nó không ảnh hưởng đến độ chính xác cần có của
bài toán có thể xem nó như vật rắn tuyệt đối để đơn giản hóa việc tính toán.
1.1.2. Lực
1.1.2.1. Định nghĩa
Lực là sự tác dụng tương hỗ giữa các vật mà kết quả làm thay đ i trạng thái
động học của các vật đó.
Nói chung lực có thể được chia làm hai dạng cơ bản:
Lực tác dụng với sự tiếp xúc trực tiếp của các vật:
Ví dụ 1.1:
Một người ngồi trên ghế sẽ đè lên ghế một lực p, ngược lại ghế cũng tác
dụng lên người một lực đẩy, kết quả người không bị rơi xuống tức là đã
thay đ i trạng thái chuyển động.
Hai hòn bi hình cầu có vận tốc khác nhau chuyển động cùng chiều. Hòn bi
thứ nhất có vận tốc lớn hơn va chạm vào hòn bi thứ hai, kết quả là hòn bi
thứ nhất chuyển động chậm lại, hòn bi thứ hai chuyển động nhanh hơn
trước.
Lực tác dụng giữa các vật không có sự tiếp xúc với nhau, nghĩa là giữa
chúng có khoảng cách.
Cơ kỹ thuật
2
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
Ví dụ 1.2:
Lực vạn vật hấp d n giữa trái đất và mặt trăng. Do lực hút của trái đất,
mặt trăng đã trở thành vệ tinh quay quanh nó. Ngược lại do lực hút của
mặt trăng mà trên trái đất có hiện tượng thủy triều.
Lực tác dụng tương hỗ giữa quả đất và các vật rơi trên nó gọi là trọng lực.
1.1.2.2. Các ếu t của lực
Lực được biểu diễn bằng đại lượng vectơ có ba yếu tố đặc trưng: điểm đặt,
phương chiều và trị số (còn gọi là cường độ). Thiếu một trong ba yếu tố trên tác
dụng của lực không được xác định.
Điểm ặt: Là phần tử vật chất của vật chịu tác dụng tương hỗ truyền đến vật ấy.
Phƣơng, chiều (hay hướng): Phương chiều của lực biểu thị khả năng chuyển
động mà lực gây ra cho vật.
Trị s : Là độ mạnh yếu của tương tác cơ học. Đơn vị của lực là Niutơn (N).
Các bội số: Kilô Niutơn (kN): 1kN = 103N
Mêga Niutơn (MN): 1MN = 106N
Ví dụ 1.3: Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm vật đang x t, có phương thẳng
đứng, có chiều hướng về tâm trái đất và có trị số P = mg.
Từ những yếu tố đó, người ta bảo lực là đại lượng có hướng, vectơ lực
được biểu diễn bằng một đoạn thẳng có hướng một đầu có mũi tên, có gốc trùng
với điểm đặt lực, phương chiều trùng với phương chiều của lực. Vectơ lực được
⃗ ⃗ ⃗
ký hiệu bằng các chữ in hoa có mũi tên ở trên , trị số của lực ký hiệu F,
Q, P…, đường thẳng chứa vectơ lực được gọi là phương hay giá của lực.
Hình 1.1: Biểu diễn lực tác dụng lên vật thể.
Cơ kỹ thuật
3
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
1.1.3. Một s ịnh nghĩa
a) Cơ hệ
Tập hợp các chất điểm hoặc các vật thể mà trạng thái cơ học có liên quan
với nhau.
b) Hai lực trực i
Hai lực trực đối là hai lực cùng đường tác dụng, cùng trị số nhưng ngược
chiều nhau.
Hình 1.2: Hai lực trực đối.
c) Hệ lực
Hê lực là một tập hợp nhiều lực cùng tác dụng
⃗ ⃗
⃗
lên vật rắn. Hệ lực gồm các lực , , … được ký
⃗ ⃗
⃗
hiệu là (
Hình 1.3: Hệ lực tác dụng lên vật thể.
d) Hai hệ lực tƣơng ƣơng
Khi hai hệ lực có cùng tác dụng cơ học như nhau lên cùng một cơ hệ thì hai
hệ lực đó tương đương nhau. Để biểu diễn hai lực tương đương hay hai hệ lực
tương đương ta dùng dấu tương đương như trong toán học.
⃗ ⃗
⃗
⃗ ⃗
⃗
Ký hiệu hai hệ lực ( và ( tương đương:
⃗ ⃗
⃗
⃗ ⃗
⃗
(
Cơ kỹ thuật
4
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
Hình 1.4: Hai hệ lực tương đương.
e) Hệ lực cân bằng
Là hệ lực khi tác dụng lên một vật rắn không gây ra tác dụng cơ học nào
lên cơ hệ tức là không làm thay đ i trạng thái của vật khi được tác dụng của hệ
lực. Hệ lực cân bằng được gọi là hệ lực tương đương với không.
⃗ ⃗
⃗
⃗ ⃗
⃗
Ký hiệu hệ lực ( cân bằng: ( 0
f) Hợp lực
Hệ lực tương đương với một lực thì lực gọi là hợp lực của hệ lực đã cho.
⃗ ⃗ ⃗ ⃗
⃗
⃗
⃗
⃗
Ký hiệu hợp lực của hệ lực ( : (
Hình 1.5: Hệ lực và hợp lực của hệ.
g) Phân loại hệ lực
Hệ lực phẳng:
Hệ lực phẳng t ng quát: là hệ lực có đường tác dụng của các lực nằm
trong cùng một mặt phẳng.
Hệ lực phẳng đồng qui: là hệ lực có đường tác dụng của các lực nằm trong
cùng một mặt phẳng và đồng qui tại một điểm.
Hệ lực phẳng song song: là hệ lực có đường tác dụng của các lực nằm
trong cùng một mặt phẳng và song song với nhau.
Hệ lực không gian:
Cơ kỹ thuật
5
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
Hệ lực không gian t ng quát: Đường tác dụng của các lực nằm trong
không gian.
Hệ lực không gian đồng qui: Đường tác dụng các lực đồng qui.
Hệ lực không gian song song: Đường tác dụng các lực song song với một
phương.
1.2. Các tiên ề tĩnh học
Tiên đề là những mệnh đề có tính chất chân l được rút ra từ kinh nghiệm
thực tiễn, từ thực nhiệm không chứng minh. Tĩnh học được xây dựng dựa trên
cơ sở sáu tiền đề sau đây:
1.2.1. Tiên ề 1: (tiên ề về sự cân bằng hai lực)
Điều kiện cần và đủ để hai lực tác dụng lên vật rắn cân bằng là chúng phải
trực đối nhau.
1.2.2. Tiên ề 2: (tiên ề về sự thêm bớt hai lực cân bằng)
Tác dụng của một hệ lực lên vật rắn không thay đ i khi ta thêm vào hay bớt
ra hai lực cân bằng nhau.
Hệ quả: Tác dụng của một lực lên vật rắn không thay đ i khi ta trượt lực
lên đường tác dụng của nó.
1.2.3. Tiên ề 3: (tiên ề về hình bình hành lực)
Hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó và được
biểu diễn bởi đường ch o hình bình hành mà hai cạnh là hai vectơ biểu diễn hai
lực đã cho.
⃗
⃗ ⃗
, )
⃗
⃗
⃗
hay theo ph p cộng vectơ +
Hình 1.6: Hợp lực của hai lực theo tiên đề hình bình hành lực.
1.2.4. Tiên ề 4: (tiên ề lực tác dụng và phản lực tác dụng)
Lực tác dụng và phản lực tác dụng bằng nhau về trị số, cùng phương và
ngược chiều (hai lực trực đối).
Cơ kỹ thuật
6
Bài 1. Các tiên đề tĩnh học
Hình 1.7: Lực và phản lực tác dụng.
Chú : Lực tác dụng và phản lực không phải là hai lực cân bằng vì chúng
luôn đặt vào hai vật khác nhau.
1.2.5. Tiên ề 5: (tiên ề hoá r n)
Một vật không tuyệt đối rắn đang ở trạng thái cân bằng khi hoá rắn nó v n
giữ nguyên trạng thái cân bằng ban đầu.
1.2.6. Tiên ề 6: (tiên ề giải phóng liên kết)
Trước khi phát biểu tiên đề này cần đưa ra một số khái niệm về: Vật rắn tự
do, vật rắn không tự do, liên kết và phản lực liên kết.
Vật rắn tự do là vật rắn có khả năng di chuyển theo mọi phía quanh vị trí
đang x t. Nếu vật rắn bị ngăn cản một hay nhiều chiều di chuyển nào đó được
gọi là vật rắn không tự do. Những điều kiện ràng buộc di chuyển của vật rắn
khảo sát gọi là liên kết. Trong tĩnh học chỉ x t liên kết do sự tiếp xúc của các vật
rắn với nhau (liên kết hình học). Theo tiên đề 4 giữa vật khảo sát và vật liên kết
xuất hiện các lực tác dụng tương hỗ. Người ta gọi các lực tác dụng tương hỗ
giữa vật liên kết lên vật khảo sát là phản lực liên kết.
Để khảo sát vật rắn không tự do ta phải dựa vào tiên đề giải phóng liên kết
sau đây:
Tiên ề 6: Vật rắn không tự do có thể xem như vật rắn tự do khi giải phóng
các liên kết và thay vào đó bằng các phản lực liên kết tương ứng.
1.3. Liên kết và phản lực liên kết
Xác định phản lực liên kết lên vật rắn là một trong những nội dung cơ bản
của các bài toán tĩnh học. Sau đây giới thiệu một số liên kết phẳng thường gặp
và tính chất các phản lực của nó.
Cơ kỹ thuật
7
Tải về để xem bản đầy đủ
267 trang
16720
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cơ kỹ thuật - Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_co_ky_thuat_nganh_cong_nghe_ky_thuat_o_to.pdf
