Bài giảng Cơ học lý thuyết - Tuần 1 - Nguyễn Duy Khương

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