Chuong 01

-1-
phÇn më ®Çu
C¬ häc nghiªn cøu çc quy luËt c©n b»ng vμ chuyÓn ®éng cña vËt thÓ d−íi t¸c dông cña lùc. C©n b»ng hay chuyÓn ®éng trong c¬ häc lμ tr¹ng th¸i ®øng yªn hay dêi chç cña vËt thÓ trong kh«ng gian theo thêi gian so víi vËt thÓ kh¸c ®−îc lμm chuÈn gäi lμ hÖ quy chiÕu. Kh«ng gian vμ thêi gian ë ®©y ®éc lËp víi nhau. VËt thÓ trong c¬ häc x©y dùng d−íi d¹ng çc m« h×nh chÊt ®iÓm, c¬ hÖ vμ vËt r¾n.
C¬ häc ®−îc x©y dùng trªn c¬ së hÖ tiªn ®Ò cña Niu t¬n ®−a ra trong t¸c phÈm næi tiÕng " C¬ së to¸n häc cña triÕt häc tù nhiªn" n¨m 1687 - chÝnh v× thÕ c¬ häc cßn ®−îc gäi lμ c¬ häc Niu t¬n.
C¬ häc kh¶o s¸t çc vËt thÓ cã kÝch th−íc h÷u h¹n vμ chuyÓn ®éng víi vËn tèc nhá h¬n vËn tèc ¸nh s¸ng. Çc vËt thÓ cã kÝch th−íc vÜ m«, chuyÓn ®éng cã vËn tèc gÇn víi vËn tèc ¸nh s¸ng ®−îc kh¶o s¸t trong gi¸o tr×nh c¬ häc t−¬ng ®èi cña Anhxtanh.
Trong çc tr−êng ®¹i häc kü thuËt, c¬ häc lμm nÒn t¶ng cho çc m«n häc kü thuËt c¬ së vμ kü thuËt chuyªn ngμnh nh− søc bÒn vËt liÖu, nguyªn lý m¸y, ®éng lùc häc m¸y, ®éng lùc häc c«ng tr×nh, lý thuyÕt tÝnh to¸n m¸y n«ng nghiÖp, lý thuyÕt « t« m¸y kÐo v.v...
C¬ häc ®· cã lÞch sö l©u ®êi cïng víi qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña khoa häc tù nhiªn, b¾t ®Çu tõ thêi kú phôc h−ng sau ®ã ®−îc ph¸t triÓn vμ hoμn thiÖn dÇn. Çc kh¶o s¸t cã tÇm quan träng ®Æc biÖt lμm nÒn t¶ng cho sù ph¸t triÓn cña c¬ häc lμ çc c«ng tr×nh cña nhμ b¸c häc ng−êi ý Galilª (1564- 1642). Galilª ®· ®−a ra çc ®Þnh luËt vÒ chuyÓn ®éng cña vËt thÓ d−íi t¸c dông cña lùc, ®Æc biÖt lμ ®Þnh luËt qu¸n tÝnh. §Õn thêi kú Niut¬n (1643- 1727) «ng ®· hoμn tÊt trªn c¬ së thèng nhÊt vμ më réng c¬ häc cña Galilª, x©y dùng hÖ thèng çc ®Þnh luËt mang tªn «ng - ®Þnh luËt Niut¬n. TiÕp theo Niut¬n lμ §al¨mbe (1717- 1783), ¬le ( 1707 - 1783) ®· cã nhiÒu ®ãng gãp cho c¬ häc hiÖn ®¹i ngμy nay.

-2-
¬le lμ ng−êi ®Æt nÒn mãng cho viÖc h×nh thμnh m«n c¬ häc gi¶i tÝch mμ sau nμy Lag¬r¨ng, Hamint¬n, Jaccobi, Gaox¬ ®· hoμn thiÖn thªm.
C¨n cø vμo néi dung vμ çc ®Æc ®iÓm cña bμi to¸n kh¶o s¸t, ch−¬ng tr×nh c¬ häc gi¶ng cho çc tr−êng ®¹i häc kü thuËt cã thÓ chia ra thμnh çc phÇn: TÜnh häc, ®éng häc, ®éng lùc häc vμ çc nguyªn lý c¬ häc. TÜnh häc nghiªn cøu çc quy luËt c©n b»ng cña vËt thÓ d−íi t¸c dông cña lùc. §éng häc chØ nghiªn cøu çc quy luËt chuyÓn ®éng cña vËt thÓ ®¬n thuÇn vÒ mÆt h×nh häc. §éng lùc häc nghiªn cøu çc quy luËt chuyÓn ®éng cña vËt thÓ d−íi t¸c dông cña lùc. Çc nguyªn lý c¬ häc lμ néi dung c¬ b¶n nhÊt cña c¬ häc gi¶i tÝch. C¬ häc gi¶i tÝch chÝnh lμ phÇn ®éng lùc häc cña hÖ ®−îc tr×nh bμy theo h−íng gi¶i tÝch ho¸.
C¬ häc lμ khoa häc cã tÝnh hÖ thèng vμ ®−îc tr×nh bμy rÊt chÆt chÏ . Khi nghiªn cøu m«n häc nμy ®ßi hái ph¶i n¾m v÷ng çc kh¸i niÖm c¬ b¶n vμ hÖ tiªn ®Ò, vËn dông thμnh th¹o çc c«ng cô to¸n häc nh− h×nh gi¶i tÝch, çc phÐp tÝnh vi ph©n, tÝch ph©n, ph−¬ng tr×nh vi ph©n... ®Ó thiÕt lËp vμ chøng minh çc ®Þnh lý ®−îc tr×nh bμy trong m«n häc.
Ngoμi ra ng−êi häc cÇn ph¶i th−êng xuyªn gi¶i çc bμi tËp ®Ó cñng cè kiÕn thøc ®ång thêi rÌn luyÖn kü n¨ng ¸p dông lý thuyÕt c¬ häc gi¶i quyÕt çc bμi to¸n kü thuËt.

-3-
PhÇn I
TÜnh Häc
Ch−¬ng 1
Çc kh¸i niÖm c¬ b¶n vμ hÖ tiªn ®Ò cña tÜnh häc lý thuyÕt vÒ m« men lùc vμ ngÉu lùc
1.1. çc kh¸i niÖm c¬ b¶n
TÜnh häc nghiªn cøu çc quy luËt c©n b»ng cña vËt r¾n tuyÖt ®èi d−íi t¸c dông cña lùc. Trong tÜnh häc cã hai kh¸i niÖm c¬ b¶n lμ vËt r¾n tuyÖt ®èi vμ lùc.
1.1.1. VËt r¾n tuyÖt ®èi
VËt r¾n tuyÖt ®èi lμ vËt thÓ cã h×nh d¹ng bÊt biÕn nghÜa lμ kho¶ng çch hai phÇn tö bÊt kú trªn nã lu«n lu«n kh«ng ®æi. VËt thÓ cã h×nh d¹ng biÕn ®æi gäi lμ vËt biÕn d¹ng. Trong tÜnh häc chØ kh¶o s¸t nh÷ng vËt thÓ lμ r¾n tuyÖt ®èi th−êng gäi t¾t lμ vËt r¾n. Thùc tÕ cho thÊy hÇu hÕt çc vËt thÓ ®Òu lμ vËt biÕn d¹ng. Song nÕu tÝnh chÊt biÕn d¹ng cña nã kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cÇn cã cña bμi to¸n cã thÓ xem nã nh− vËt r¾n tuyÖt ®èi trong m« h×nh tÝnh to¸n.
1.1.2. Lùc vμ çc ®Þnh nghÜa vÒ lùc
Lùc lμ ®¹i l−îng ®o t¸c dông c¬ häc gi÷a çc vËt thÓ víi nhau. Lùc ®−îc biÓu diÔn b»ng ®¹i l−îng vÐc t¬ cã ba yÕu tè ®Æc tr−ng: ®é lín (cßn gäi lμ c−êng ®é), ph−¬ng chiÒu vμ ®iÓm ®Æt. ThiÕu mét trong ba yÕu tè trªn t¸c dông cña lùc kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh. Ta th−êng dïng ch÷ çi cã dÊu vÐc t¬ ë trªn ®Ó ký hiÖu çc vÐc t¬ lùc. ThÝ dô çc lùc P r
, 1F r
,.... N r
. Víi çc ký hiÖu nμy ph¶i hiÓu r»ng çc ch÷ çi kh«ng cã dÊu vÐc t¬ ë trªn chØ lμ ký hiÖu ®é lín cña nã. ThÝ dô ®é lín cña çc lùc P r
, F r
... lμ P, F, ...N. §é lín cña çc lùc cã thø nguyªn lμ Niu t¬n hay béi sè Kil« Niu t¬n viÕt t¾t lμ (N hay kN). N r
Sau ®©y giíi thiÖu mét sè ®Þnh nghÜa:

-4-
HÖ lùc: HÖ lùc lμ mét tËp hîp nhiÒu lùc cïng t¸c dông lªn vËt r¾n.
Lùc t−¬ng ®−¬ng: Hai lùc t−¬ng ®−¬ng hay hai hÖ lùc t−¬ng ®−¬ng lμ hai lùc hay hai hÖ lùc cã t¸c ®éng c¬ häc nh− nhau. §Ó biÓu diÔn hai lùc t−¬ng ®−¬ng hay hai hÖ lùc t−¬ng ®−¬ng ta dïng dÊu t−¬ng ®−¬ng nh− trong to¸n häc. ThÝ dô hai lùc F r
vμ P r
t−¬ng ®−¬ng ta viÕt F r
∼P r
. Hai hÖ lùc (1F r
, 2F r
,.. nF r
) vμ ( P1
r
, 2Pr ,.. mPr ) t−¬ng ®−¬ng ta viÕt (1Fr , 2Fr .. nFr ) ∼ ( 1Pr , 2Pr ,.. mPr ).
Hîp lùc: Hîp lùc cña hÖ lùc lμ mét lùc t−¬ng ®−¬ng víi hÖ lùc ®· cho. ThÝ dô nÕu cã Rr ∼ (1Fr , 2Fr ,.. nFr ) th× Rr ®−îc gäi lμ hîp lùc cña hÖ lùc (1Fr , 2Fr ,.. nFr ).
HÖ lùc c©n b»ng: HÖ lùc c©n b»ng lμ hÖ lùc t−¬ng ®−¬ng víi kh«ng (hîp lùc cña nã b»ng kh«ng). ThÝ dô: hÖ lùc (F1
r
, 2Fr .. nFr ) lμ c©n b»ng khi (1Fr , 2Fr .. nFr ) ∼ 0.
1.2. HÖ tiªn ®Ò cña tÜnh häc
TÜnh häc ®−îc x©y dùng trªn c¬ së s¸u tiÒn ®Ò sau ®©y:
Tiªn ®Ò 1: (HÖ hai lùc c©n b»ng)
§iÒu kiÖn cÇn vμ ®ñ ®Ó hai lùc c©n b»ng lμ hai lùc ®ã cã cïng ®é lín, cïng ph−¬ng, ng−îc chiÒu vμ cïng ®Æt lªn mét vËt r¾n. Ta cã (1Fr , 2Fr ) ∼ 0 khi 1Fr = - 2Fr .
Tiªn ®Ò 2 : ( Thªm hoÆc bít mét hÖ lùc c©n b»ng)
T¸c dông cña hÖ lùc lªn vËt r¾n sÏ kh«ng ®æi nÕu ta thªm vμo hoÆc bít ®i mét hÖ lùc c©n b»ng. Fr
Rr
Fr 1
2
Tiªn ®Ò 3: ( Hîp lùc theo nguyªn t¾c h×nh b×nh hμnh)
Hai lùc cïng ®Æt vμo mét ®iÓm trªn vËt r¾n cã hîp lùc ®−îc biÓu diÔn b»ng ®−êng chÐo cña h×nh b×nh hμnh mμ hai c¹nh lμ hai lùc ®· cho.
H×nh 1.1

-5-
H×nh vÏ 1.1 BiÓu diÔn hîp lùc cña hai lùc 1Fr , 2Fr . VÒ ph−¬ng diÖn vÐc t¬ cã thÓ viÕt: R r
= 1F r
+ 2F r
.
Tiªn ®Ò 4: ( Lùc t¸c dông t−¬ng hç)
Lùc t¸c dông t−¬ng hç gi÷a hai vËt r¾n cã cïng ®é lín, cïng ph−¬ng nh−ng ng−îc chiÒu.
Tiªn ®Ò 5: (Tiªn ®Ò ho¸ r¾n)
Mét vËt kh«ng tuyÖt ®èi r¾n ®ang ë tr¹ng th¸i c©n b»ng khi ho¸ r¾n nã vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i c©n b»ng ban ®Çu.
Tiªn ®Ò 6: ( Gi¶i phãng liªn kÕt)
Tr−íc khi ph¸t biÓu tiªn ®Ò nμy cÇn ®−a ra mét sè kh¸i niÖm vÒ: VËt r¾n tù do, vËt r¾n kh«ng tù do, liªn kÕt vμ ph¶n lùc liªn kÕt.
VËt r¾n tù do lμ vËt r¾n cã kh¶ n¨ng di chuyÓn theo mäi phÝa quanh vÞ trÝ ®ang xÐt. NÕu vËt r¾n bÞ ng¨n c¶n mét hay nhiÒu chiÒu di chuyÓn nμo ®ã ®−îc gäi lμ vËt r¾n kh«ng tù do. Nh÷ng ®iÒu kiÖn rμng buéc di chuyÓn cña vËt r¾n kh¶o s¸t gäi lμ liªn kÕt. Trong tÜnh häc chØ xÐt liªn kÕt do sù tiÕp xóc cña çc vËt r¾n víi nhau (liªn kÕt h×nh häc). Theo tiªn ®Ò 4 gi÷a vËt kh¶o s¸t vμ vËt liªn kÕt xuÊt hiÖn çc lùc t¸c dông t−¬ng hç. Ng−êi ta gäi çc lùc t¸c dông t−¬ng hç gi÷a vËt liªn kÕt lªn vËt kh¶o s¸t lμ ph¶n lùc liªn kÕt.
§Ó kh¶o s¸t vËt r¾n kh«ng tù do ta ph¶i dùa vμo tiªn ®Ò gi¶i phãng liªn kÕt sau ®©y:
Tiªn ®Ò:VËt r¾n kh«ng tù do cã thÓ xem nh− vËt r¾n tù do khi gi¶i phãng çc liªn kÕt vμ thay vμo ®ã b»ng çc ph¶n lùc liªn kÕt t−¬ng øng.
X¸c ®Þnh ph¶n lùc liªn kÕt lªn vËt r¾n lμ mét trong nh÷ng néi dung c¬ b¶n cña çc bμi to¸n tÜnh häc. Sau ®©y giíi thiÖu mét sè liªn kÕt ph¼ng th−êng gÆp vμ tÝnh chÊt çc ph¶n lùc cña nã.
Liªn kÕt tùa (vËt kh¶o s¸t tùa lªn vËt liªn kÕt): Trong d¹ng nμy çc ph¶n

-6-
lùc liªn kÕt cã ph−¬ng theo ph¸p tuyÕn chung gi÷a hai mÆt tiÕp xóc. Tr−êng hîp ®Æc biÖt nÕu tiÕp xóc lμ mét ®iÓm nhän tùa lªn mÆt hay ng−îc l¹i th× ph¶n lùc liªn kÕt sÏ cã ph−¬ng ph¸p tuyÕn víi mÆt t¹i ®iÓm tiÕp xóc. ( H×nh vÏ 1.2, 1.3, 1.4).
B
A
C
A
B N r
Nr C N r
N
Liªn kÕt lμ khíp b¶n lÒ:
Khíp b¶n lÒ di ®éng ( h×nh 1.5) chØ h¹n chÕ chuyÓn ®éng cña vËt kh¶o s¸t theo chiÒu vuång gãc víi mÆt ph¼ng tr−ît do ®ã ph¶n lùc liªn kÕt cã ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt tr−ît. Khíp b¶n lÒ cè ®Þnh ( h×nh 1.6) chØ cho phÐp vËt kh¶o s¸t quay quanh trôc cña b¶n lÒ vμ h¹n chÕ c¸c chuyÓn ®éng vu«ng gãc víi trôc quay cña b¶n lÒ. Trong tr−êng hîp nμy ph¶n lùc cã hai thμnh phÇn vu«ng gãc víi trôc b¶n lÒ. ( h×nh 1.6).
H×nh 1.5 H×nh 1.6
Liªn kÕt lμ d©y mÒm hay thanh cøng: (h×nh 1.7 vμ h×nh 1.8)
C¸c liªn kÕt d¹ng nμy chØ h¹n chÕ chuyÓn ®éng cña vËt thÓ theo chiÒu d©y hoÆc thanh. Ph−¬ng cña ph¶n lùc liªn kÕt lμ ph−¬ng däc theo d©y vμ thanh. Nr
H×nh 1.2
H×nh 1.3
H×nh 1.4
Nr
Y
X
O
Xo
Yo Rr

-7-
srA
AB sr
B sr
Tr 1
Tr 2
Tr
H×nh 1.7
H×nh 1.8
Liªn kÕt ngμm (h×nh 1.9). VËt kh¶o s¸t bÞ h¹n chÕ kh«ng nh÷ng di chuyÓn theo çc ph−¬ng mμ cßn h¹n chÕ c¶ chuyÓn ®éng quay. Trong tr−êng hîp nμy ph¶n lùc liªn kÕt cã c¶ lùc vμ m« men ph¶n lùc. ( Kh¸i niÖm m« men lùc sÏ ®−îc nãi tíi ë phÇn sau).
Liªn kÕt lμ gãt trôc: ( h×nh 1.10) VËt kh¶o s¸t bÞ h¹n chÕ çc chiÒu chuyÓn ®éng theo ph−¬ng ngang, ph−¬ng th¼ng ®øng vμ chuyÓn ®éng quay quanh çc trôc X vμ Y do ®ã ph¶n lùc liªn kÕt cã çc thμnh phÇn nh− h×nh vÏ.
A
x
XA
mX
z
ZA
mY
YA
mA
YA
XA
y
H×nh 1.9
H×nh 1.10
Çc hÖ qu¶ suy ra tõ hÖ tiªn ®Ò tÜnh häc.
HÖ qu¶ 1: ( §Þnh lý tr−ît lùc)
T¸c dông cña mét lùc lªn vËt r¾n sÏ kh«ng ®æi nÕu ta tr−ît lùc ®ã däc theo ®−êng t¸c dông ®Õn ®Æt ë ®iÓm kh¸c.
ThËt vËy: Cho lùc Fr ®Æt t¹i A cña vËt r¾n (AFr ). Ta ®Æt vμo ®iÓm B trªn ®−êng t¸c dông cña Fr mét cÆp lùc c©n b»ng (BFr ,′ BFr ) (h×nh 1.11). Theo tiªn ®Ò hai cã
B F r
B
Fr A
A'B F r
H×nh 1.11

-8-
thÓ viÕt:
AFr ∼ (AFr ,BFr ,′ BFr ). ë ®©y çc chØ sè A, B ®i theo çc lùc ®Ó chØ ®iÓm ®Æt çc lùc ®ã, çc lùc nμy cã ®é lín b»ng nhau vμ cïng ph−¬ng .
MÆt kh¸c theo tiªn ®Ò 1 hai lùc (AFr ,′ BFr ) lμ cÆp lùc c©n b»ng v× thÕ theo tiªn ®Ò hai cã thÓ bít cÆp lùc ®ã trªn vËt, nghÜa lμ:
AFr ∼ (AFr ,BFr ,′ BFr ) ∼BFr
Nh− vËy ta ®· tr−ît lùc Fr ban ®Çu ®Æt t¹i A däc theo ®−êng t¸c dông cña nã vÒ ®Æt t¹i B mμ t¸c dông c¬ häc lªn vËt r¾n vÉn kh«ng ®æi.
HÖ qu¶ 2: HÖ lùc c©n b»ng th× mét lùc bÊt kú trong hÖ lÊy theo chiÒu ng−îc l¹i sÏ lμ hîp lùc cña çc lùc kia.
Chøng minh: Cho hÖ lùc c©n b»ng (1Fr , 2Fr ,... nFr ). Gi¶ sö ta lÊy ë trong hÖ mét lùc iFr vμ ®æi chiÒu sau ®ã cho t¸c dông lªn vËt r¾n. XÐt vËt r¾n chÞu t¸c dung cña lùc -iFr . Theo tiªn ®Ò 2 nÕu thªm vμo vËt r¾n hÖ lùc c©n b»ng ®· cho, t¸c dông lªn vËt r¾n vÉn kh«ng ®æi, nghÜa lμ:
-iFr ∼ (-iFr , 1Fr , 2Fr ...iFr ... nFr )
Trong hÖ (n+1) lùc ë vÕ ph¶i cã hai lùc c©n b»ng lμ (iFr , -iFr ) theo tiªn ®Ò 2 ta cã thÓ bít iFr , vμ -iFr ®i nghÜa lμ:
-iFr ∼ (1Fr , 2Fr , 1iF− r...1iF+ r... nFr )
BiÓu thøc nμy chøng tá -iFr lμ hîp lùc cña hÖ lùc ®· cho khi kh«ng cã iFr .
1.3. Lý thuyÕt vÒ m« men lùc vμ ngÉu lùc
1.3.1. M« men lùc ®èi víi mét t©m vμ ®èi víi mét trôc
1.3.1.1. M« men cña lùc ®èi víi mét t©m
M« men cña lùc Fr ®èi víi t©m O lμ ®¹i l−îng vÐc t¬, ký hiÖu cã: )F(morr

-9-
- §é lín b»ng tÝch sè: F.d, víi F lμ ®é lín lùc Fr vμ d lμ kho¶ng c¸ch tõ t©m O tíi ®−êng t¸c dông cña F r
gäi lμ c¸nh tay ®ßn.
- Ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng chøa t©m O vμ lùc F (mÆt ph¼ng t¸c dông).
- ChiÒu h−íng vÒ phÝa sao cho khi nh×n tõ ®Ønh cña vÐc t¬ xuèng mÆt ph¼ng t¸c dông sÏ thÊy vÐc t¬ lùc )F(morrF r
chuyÓn ®éng theo chiÒu mòi tªn vßng quanh O theo ng−îc chiÒu kim ®ång hå (h×nh 1.12).
D−¹ vμo h×nh vÏ dÔ dμng thÊy r»ng ®é lín cña vÐc t¬ b»ng hai lÇn diÖn tÝch tam gi¸c OAB ( tam gi¸c cã ®Ønh O vμ ®¸y b»ng lùc )F(morrFr ).
Víi ®Þnh nghÜa trªn cã thÓ biÓu diÔn vÐc t¬ m« men lùc Fr ®èi víi t©m O b»ng biÓu thøc sau:
)F(morr = OA x Fr = rr x Fr .
Trong ®ã rr lμ vÐc t¬ ®Þnh vÞ cña ®iÓm ®Æt cña lùc Fr so víi t©m O.
Trong tr−êng hîp mÆt ph¼ng t¸c dông cña m« men lùc ®· x¸c ®Þnh, ®Ó ®¬n gi¶n ta ®−a ra kh¸i niÖm m« men ®¹i sè cña lùc Fr ®èi víi t©m O nh− sau:
M« men ®¹i sè cña lùc Fr ®èi víi t©m O lμ ®¹i l−îng ®¹i sè ký hiÖu:
mo = ± F.d
LÊy dÊu d−¬ng (+) khi nh×n vμo mÆt ph¼ng t¸c dông thÊy lùc Fr quay theo chiÒu mòi tªn vßng quanh O theo chiÒu ng−îc kim ®ång hå (h×nh 1.13), lÊy dÊu trõ (-) trong tr−êng hîp quay ng−îc l¹i (h×nh 1.14).
M« men ®¹i sè th−êng ®−îc biÓu diÔn bëi mòi tªn vßng quanh t©m O theo chiÒu cña m« men.

-10-
Fr
A(x,y,z)
B
mr o(Fr )
z
y
x
O
r
B
mo(F)=F.d
900
O
d
A
B
Fr
d
900
Fr
mo(F)= - F.d
O
A
H×nh 1.12
H×nh 1.13
H×nh 1.14
1.3.1.2. M« men cña lùc ®èi víi mét trôc
M« men cña lùc Fr ®èi víi trôc OZ lμ ®¹i l−îng ®¹i sè ký hiÖu mZ(Fr ) tÝnh theo c«ng thøc: mZ(Fr ) = ± F'.d' . Trong ®ã F' lμ h×nh chiÕu cña lùc Fr trªn mÆt ph¼ng π vu«ng gãc víi trôc Z. d' lμ kho¶ng c¸ch tÝnh tõ giao ®iÓm O cña trôc Z víi mÆt ph¼ng π ®Õn ®−êng t¸c dông cña Fr ' (h×nh 1.15).
LÊy víi dÊu (+) khi nh×n tõ h−íng d−¬ng cña trôc OZ sÏ thÊy h×nh chiÕu F' quay quanh trôc OZ ng−îc chiÒu kim ®ång hå.
LÊy dÊu (-) trong tr−êng hîp ng−îc l¹i.
d
Fr '
O
F r
B1
(π)
A
Z ''
B
F r
Z
H×nh 1.15
Tõ h×nh vÏ ta rót ra trÞ sè m« men cña lùc Fr ®èi víi trôc OZ b»ng hai lÇn diÖn tÝch tam gi¸c OAB1.
1.3.1.3. Quan hÖ gi÷a m« men lùc Fr ®èi víi t©m O vμ víi trôc ®i qua O
Trªn h×nh 1.16 ta thÊy:
mo(Fr) = 2.diÖn tÝch (ΔOAB).
mZ(Fr ) = 2 diÖn tÝch (Δoa1b1)

-11-
V× oa1b1 lμ h×nh chiÕu cña tam gi¸c OAB trªn mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc Z t¹i O. NÕu gäi α lμ gãc hîp bëi gi÷a hai mÆt ph¼ng OAB vμ mÆt ph¼ng oa1b1 th× gãc nμy còng chÝnh lμ gãc hîp gi÷a vÐc t¬ m« men víi trôc OZ, ta cã: )F(morr
DiÖn tÝch Δoa1b1 = diÖn tÝch ΔOAB. cosα.
hay mZ(Fr ) = .cosα. )F(morr
KÕt qu¶ cho thÊy m« men cña lùc Fr ®èi víi trôc OZ lμ h×nh chiÕu vÐc t¬ m« men lùc Fr lÊy víi ®iÓm O nμo ®ã trªn trôc OZ chiÕu trªn trôc OZ ®ã.
1.3.2. Lý thuyÕt vÒ ngÉu lùc
1.3.2.1 §Þnh nghÜa vμ çc yÕu tè ®Æc tr−ng cña ngÉu lùc
§Þnh nghÜa: NgÉu lùc lμ hÖ hai lùc song song ng−îc chiÒu cïng c−êng ®é. H×nh 1.17 biÓu diÔn ngÉu lùc (1Fr , 2Fr )
MÆt ph¼ng chøa hai lùc gäi lμ mÆt ph¼ng t¸c dông. Kho¶ng çch d gi÷a ®−êng t¸c dông cña hai lùc gäi lμ çnh tay ®ßn. ChiÒu quay vßng cña çc lùc theo ®−êng khÐp kÝn trong mÆt ph¼ng t¸c dông gäi lμ chiÒu quay cña ngÉu lùc. TÝch sè m = d.F gäi lμ m« men cña ngÉu lùc.
α m r
o(F)
F r
A
B
b
Fr
a
d
d'
z
H×nh 1.16 m r
z(F)
d m r
d
A2
A1
mr
A2
A1
T¸c dông cña ngÉu lùc ®−îc ®Æc tr−ng bëi ba yÕu tè:
- §é lín m« men m
- Ph−¬ng mÆt ph¼ng t¸c dông
H×nh 1.17

-12-
- ChiÒu quay cña ngÉu.
ThiÕu mét trong ba yÕu tè trªn t¸c dông cña ngÉu lùc ch−a ®−îc x¸c ®Þnh.
§Ó biÓu diÔn ®Çy ®ñ ba yÕu tè trªn cña ngÉu lùc ta ®−a ra kh¸i niÖm vÒ vÐc t¬ m« men ngÉu lùc mr . VÐc t¬ m« men mr cã trÞ sè b»ng tÝch sè d.F cã ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng t¸c dông, cã chiÒu sao cho nh×n tõ mót cña nã xuèng mÆt ph¼ng t¸c dông thÊy chiÒu quay cña ngÉu lùc theo chiÒu ng−îc kim ®ång hå.
Víi ®Þnh nghÜa trªn ta thÊy vÐc t¬ m« men mr cña ngÉu lùc chÝnh lμ vÐc t¬ m« men cña mét trong hai lùc thμnh phÇn lÊy ®èi víi ®iÓm ®Æt cña lùc kia. Theo h×nh 1.17 cã thÓ viÕt:
mr = mr A1(2Fr ) = mr A2 (1Fr )= 21AAx 2Fr = A2A1 x 2Fr
1.3.2.2. §Þnh lý vÒ m« men cña ngÉu lùc
Trong mét ngÉu lùc, tæng m« men cña hai lùc thμnh phÇn ®èi víi mét ®iÓm bÊt kú lμ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi vμ b»ng vÐc t¬ m« men ngÉu lùc.
Chøng minh: XÐt ngÉu lùc (1Fr ,2Fr ) biÓu diÔn trªn h×nh 1.18. Chän mét ®iÓm O bÊt kú trong kh«ng gian, tæng m« men cña hai lùc 1Fr , 2Fr lÊy víi O cã thÓ viÕt: + )F(m1orr)F(m2orr =
A1
F r
1
A2
o F r
= OA1 x 1Fr + OA2 x 2Fr ;
2
= OA1 x 1Fr - OA2 x 2Fr ;
= (OA1 - OA2) x 1Fr ;
H×nh 1.18
= A2A1 x 1Fr = mr .
Trong ®Þnh lý trªn v× ®iÓm O lμ bÊt kú do ®ã cã thÓ kÕt luËn r»ng t¸c dông cña ngÉu lùc sÏ kh«ng thay ®æi khi ta rêi chç trong kh«ng gian nh−ng vÉn gi÷ nguyªn ®é lín, ph−¬ng chiÒu cña vÐc t¬ m« men mr .
Còng tõ ®Þnh lý trªn rót ra hÖ qu¶ vÒ c¸c ngÉu lùc t−¬ng ®−¬ng sau ®©y.

-13-
HÖ qu¶ 1: Hai ngÉu lùc cïng n»m trong mét mÆt ph¼ng cã cïng trÞ sè m« men m cïng chiÒu quay sÏ t−¬ng ®−¬ng.
HÖ qu¶ 2: Hai ngÉu lùc n»m trong hai mÆt ph¼ng song song cïng trÞ sè m« men, cïng chiÒu quay sÏ t−¬ng ®−¬ng víi nhau.
ThËt vËy trong hai tr−êng hîp nμy c¸c ngÉu lùc ®Òu ®¶m b¶o cã vÐc t¬ m« men mr nh− nhau.
1.3.2.3. Hîp hai ngÉu lùc
§Þnh lý: hîp hai ngÉu lùc cã m« men mr 1 vμ mr 2 cho ta mét ngÉu lùc cã m« men Mb»ng tæng h×nh häc c¸c vÐc t¬ m« men cña hai ngÉu lùc ®· cho. Ta cã = mr 1 + mr 2
M
Chøng minh: XÐt hai ngÉu lùc cã m« men mr 1 vμ mr 2 n»m trong hai mÆt ph¼ng π1 vμ π1. Trªn giao tuyÕn cña hai mÆt ph¼ng π1 vμ π2 lÊy mét ®o¹n th¼ng A1A2 ngÉu lùc cã m« men mr thay b»ng ngÉu lùc (1F r
2F r
) n»m trong mÆt ph¼ng π1 vμ ®Æt vμo A1A2. NgÉu lùc cã m« men mr 2 thay b»ng ngÉu lùc (pr 1 pr 2) n»m trong mÆt ph¼ng π2 vμ cïng ®Æt vμo A1A2 (h×nh 1.19).
R r
Pr 1
1
F r
m r
mr 2
m r
1
F r
Pr 2
2 R r
π2
π1
2
1
H×nh 1.19, 1Pr ®−îc lùc Rr 1
1Fr
T¹i A1 hîp hai lùc
T¹i A2 hîp hai lùc 2Fr 2Pr ®−îc lùc Rr 2
Do tÝnh chÊt ®èi xøng dÔ dμng nhËn thÊy hai vÐc t¬ Rr 1 vμ Rr 2 song song

-14-
ng−îc chiÒu vμ cã cïng c−êng ®é. Nãi kh¸c ®i hai lùc Rr 1 Rr 2 t¹o thμnh mét ngÉu lùc. §ã chÝnh lμ ngÉu lùc tæng hîp cña hai ngÉu lùc ®· cho.
Gäi Mr lμ m« men cña ngÉu lùc (Rr 1 Rr 2) ta cã:
Mr = A1A2 x Rr 2 = A1A2 x Rr 1
Thay Rr 1 = 1Fr + 1Pr vμ Rr 2 = 2Fr + 2Pr , suy ra:
Mr = A1A2 x (2Fr + 2Pr ) = A1A2 x 2Fr + A1A2 x 2Pr ,
Mr = mr A1 (2Fr ) + mr A1(2Pr ) = mr 1 + mr 2.
Tr−êng hîp hai ngÉu lùc cïng n»m trong mét mÆt ph¼ng. Khi ®ã c¸c m« men cña ngÉu lùc ®−îc biÓu diÔn bëi c¸c m« men ®¹i sè. Theo kÕt qu¶ trªn, ngÉu lùc tæng hîp trong tr−êng hîp nμy còng n»m trong mÆt ph¼ng t¸c dông cña hai ngÉu lùc ®· cho vμ cã m« men b»ng tæng ®¹i sè 2 m« men cña ngÉu lùc thμnh phÇn: M = (m1 ± m2)

Chuong 01

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to Chuong 01

More from Viet Nam

Chuong 01