Giáo trình Cơ ứng dụng (Phần tóm tắt lý thuyết bài tập minh họa và bài tập cho đáp số): Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 của giáo trình môn học Cơ ứng dụng (Phần tóm tắt lý thuyết bài tập minh họa và bài tập cho đáp số) cung cấp cho người học những kiến thức về: Động lực học, nguyên lý di chuyển khả dĩ - nguyên lý đalămbe, biểu đồ nội lực - đặc trưng hình học, kéo nén đúng tâm, cắt và dập, xoắn thuần tuý, uốn thuần tuý, thanh chịu lực phức tạp. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Cơ ứng dụng (Phần tóm tắt lý thuyết bài tập minh họa và bài tập cho đáp số): Phần 2 Chương 5 ĐỘNG LỰC HỌC5.1. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Vấn đề cần chú ýI.Phương trình vi phân chuyển động của chất điểm → → → * Chất điểm có khối lượng m, chịu tác dụng của các lực F1, F2… Fn →Chuyển động với gia tốc a trong hệ quy chiếu quán tính, ta có đẳng thứcdạng vectơ: * Nếu chiếu hệ thức (1) lên hệ trục toạ độ Đêcac oxyz cố định, tađược phương trình vi phân chuyển động của chất điểm ở dạng toạ độ * Nếu chiếu hệ thức (1) lên hệ trục toạ độ tự nhiên Mτnb gắn liền vớiđiểm m chuyển động theo quỹ đạo, ta được phương trình vi phân chuyểnđộng của chất điểm ở dạng toạ độ tự nhiên: * Trong trường hợp chất điểm chuyển động trong một mặt phẳng,nếu chiếu hệ thức (1) lên hệ trục toạ độ độc cực, ta nhận được phươngtrình vi phân chuyển động của chất điểm ở dạng toạ độ độc cực:II. Bài toán thuận và bài toán ngược Khi dùng một trong các dạng phương trình vi phân, ta có thể giảiđược hai bài toán cơ bản của động lực học đối với chất điểm. Bài toánthuận: Biết chuyển động của chất điểm, tìm lực tác dụng lên chất điểmhay các yếu tố liên quan đến lực đó. 107 Bài toán ngược: Biết lực tác dụng lên chất điểm và điều kiện đầu củachuyển động, tìm quy luật chuyển động của chất điểm. Ta sẽ lần lượt khảo sát hai bài toán đó đối với chuyển động của chấtđiểm.Bài tập giải sẵn Thí dụ 5.1: Một vật nặng trọng lượng P được kéo lên theo phương →thẳng đứng với gia tốc a. Tìm sức căng T của dây (hình 5.1) Bài giải: Vật khảo sát. Vật nặng được coi như một chất điểm. Các lực tác dụng lên chấtđiểm đã bao gồm: trọng lực P, sức căng T của dây. Áp dụng đẳng thức (1) ta viết phương trình vi phân chuyển động chochất điểm. Chọn toạ độ Oz hướng thẳng đứng từ dưới lên.Chiếu phương trình vectơ trên lên trục Oz:Từ đây rút ra sức căng T của dây: T = m(g + a)Nhận xét: → Nếu α hường xuống thì: T = m(g - a) Như vậy khi vật được kéo lên hay thả xuống không có gia tốc thì T =P. Ta nói đó là lực căng tĩnh của dây cáp. Sức căng dây trong điều kiện chuyển động có gia tốc của vật nặng(chuyển động không quán tính) bằng sức căng tĩnh cộng với một lực gọilà phản lực động lực. Thí dụ 5-2: Một máy bay bổ nhào trong mặt phẳng thẳng đứng rồi láingoặt lên. Ở điểm thấp nhất của quỹ đạo, máy bay có vận tốc V = 1000m/giờ và bán kính cong của quỹ đạo là R = 600m. Khối lượng của người 108lái là 80kg. Tìm áp lực pháp tuyến do người lái tác dụng lên ghế ngồi ở vịtrí thấp nhất đó.Bài giải. Con người lái là chất điểm M chuyểnđộng theo đường cong (C), chịu tác dụngcủa trọng lực P và phản lực R được phântích theo hai phương tiếp tuyến và pháptuyến tuyến với quỹ đạo tại điểm đó (hình5.2) → → → R= T+ N Phương trình vi phân chuyển độngdạng vectơ → → → → m a= P+ T+ N (a) Khi chiếu hai vế của (a) lên phương pháp tuyến chính, ta có: man = - p + N (b) Từ (b) ta có Vậy người ta đã ép lên ghế một áp lực pháp tuyến bằng 11065 N,giống như trong điều kiện tĩnh người ấy nặng gấp 14 lần. Trong điều kiệnấy người lái, ghế, giá đỡ, ổ đỡ,... đều phải làm việc ở trạng thái siêu tảitrọng.Bài tập cho đáp sốI. Bài toán thuận 5.1.1. Trong quá trình chạy lên, biểu đồ vận tốc của thang máy theothời gian có dạng hình thang cân mà các đáy lớn và bé là 10 và 6 đơn vị(theo trục t) và đường cao là 5 đơn vị (theo trục V tính bằng m/s); khốilượng của buồng bằng 500kg. Xác định lực kéo của dây cáp T1, T2, T3trong ba khoảng thời gian sau : từ t = 0 đến t = 2 giây, từ t = 2 giây đến t :8 giây, từ t = 8 đến t = 10 giây. Đoạn 2 ≤ t ≤ 8 ứng với đáy nhỏ của hình 109thang. 5.1.2. Một đoàn tầu hoả không kể đầu máy có khối lượng là 200 tấnchạy nhanh dần trên đoạn đường ray nằm ngang. Sau 60 giây kể từ lúcbắt đầu chạy nó đạt tới vận tốc 54km/h. Tính lực kéo của đầu máy lênđoạn toa ở chỗ móc nối trong chuyển động đó, biết rằng lực cản chuyểnđộng bằng 0,005 trọng lượng của đoạn tầu. 5.1.3. Một xe goòng có khối lượng 700kg đang chạy xuống dốc dọctheo đường ray thẳng và nghiêng với mặt ngang một góc 150. Để giữ choxe chạy đều, ta dùng dây cáp song song với mặt dốc. Vận tốc chạy của xelà 1,6m/s. Xác định lực kéo của dây cáp lúc xe chạy đểu và khi nó hãmdừng lại trong 4 s? Lúc hãm coi rằng xe chạy chậm dần đều. Hệ số cảnchuyển động tổng cộng là f = 0,005. 5.1.4. Một ôtô chở hàng, có khối lượng là 6 tấn chạy xuống mộtchiếc phà với tốc độ 21,6 km/h. Từ lúc bắt đầu xuống phà đến lúc dừnghẳn xe phải chạy thêm m ...