Cơ học lý thuyết phần 4 - Các nguyên lý cơ học

Cùng với hai vấn đề đã nghiên cứu là phương trình vi phân của chuyển động và các định lý tổng quát của động lực học, các nguyên lý cơ học trình bày dưới đây sẽ cho ta một phuơng pháp tổng quát khác giải quyết có hiệu quả và nhanh gọn nhiều bài toán động lực học của cơ hệ không tự do.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ học lý thuyết phần 4 - Các nguyên lý cơ học -203- PhÇn 4 C¸c nguyªn lý c¬ häc Cïng víi hai vÊn ®Ò ®· nghiªn cøu lµ ph−¬ng tr×nh vi ph©n cña chuyÓn®éng vµ c¸c ®Þnh lý tæng qu¸t cña ®éng lùc häc; c¸c nguyªn lý c¬ häc tr×nh bµyd−íi ®©y sÏ cho ta mét ph−¬ng ph¸p tæng qu¸t kh¸c gi¶i quyÕt cã hiÖu qu¶ vµnhanh gän nhiÒu bµi to¸n ®éng lùc häc cña c¬ hÖ kh«ng tù do. C¸c nguyªn lý c¬ häc lµ phÇn c¬ së cña c¬ häc gi¶i tÝch. C¨n cø vµo nguånn¨ng l−îng vµ ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña c¬ hÖ, c¬ häc gi¶i tÝch sö dông c«ng cô gi¶itÝch to¸n häc ®Ó thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng vµ t×m c¸ch tÝchph©n c¸c ph−¬ng tr×nh ®ã. Trong phÇn nµy chØ giíi thiÖu mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶nnhÊt cña c¬ häc gi¶i tÝch cô thÓ lµ chØ thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éngcho c¬ hÖ kh«ng tù do vµ nªu lªn mét sè tÝnh chÊt cña nã mµ ta kh«ng ®i s©u vµoph−¬ng ph¸p tÝch ph©n c¸c ph−¬ng tr×nh ®ã. Ch−¬ng 14 Nguyªn lý di chuyÓn kh¶ dÜ14.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ c¬ hÖ §Ó lµm c¬ së cho viÖc thiÕt lËp c¸c nguyªn lý c¬ häc tr−íc hÕt nªu mét sèkh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ c¬ hÖ kh«ng tù do.14.1.1. Liªn kÕt vµ ph©n lo¹i liªn kÕt14.1.1.1. C¬ hÖ kh«ng tù do C¬ hÖ kh«ng tù do lµ mét tËp hîp nhiÒu chÊt ®iÓm mµ trong chuyÓn ®éngcña chóng ngoµi lùc t¸c dông ra vÞ trÝ vµ vËn tèc cña chóng cßn bÞ rµng buéc bëimét sè ®iÒu kiÖn h×nh häc vµ ®éng häc cho tr−íc. -204-14.1.1.2. Liªn kÕt vµ ph©n lo¹i liªn kÕt Liªn kÕt lµ ®iÒu kiÖn rµng buéc chuyÓn ®éng lªn c¸c chÊt ®iÓm cña c¬ hÖkh«ng tù do. C¸c biÕu thøc to¸n häc m« t¶ c¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc ®ã gäi lµph−¬ng tr×nh liªn kÕt. D¹ng tæng qu¸t cña ph−¬ng tr×nh liªn kÕt cã thÓ viÕt : fi(rk,vk,t) ≥ 0 j = 1...m ; k = 1...n j lµ sè thø tù c¸c ph−¬ng tr×nh liªn kÕt. k lµ sè thø tù c¸c chÊt ®iÓm trong hÖ. Ph©n lo¹i liªn kÕt C¨n cø vµo ph−¬ng tr×nh liªn kÕt ta cã thÓ ph©n lo¹i liªn kÕt thµnh : liªnkÕt dõng hay kh«ng dõng ,liªn kÕt gi÷ hay kh«ng gi÷ , liªn kÕt h×nh häc hay®éng häc NÕu liªn kÕt mµ ph−¬ng tr×nh kh«ng chøa thêi gian t gäi lµ liªn kÕt dõng.Ng−îc l¹i ph−¬ng tr×nh liªn kÕt chøa thêi gian t gäi lµ liªn kÕt kh«ng dõng hayh÷u thêi NÕu liªn kÕt mµ ph−¬ng tr×nh m« t¶ b»ng ®¼ng thøc ta gäi lµ liªn kÕt gi÷hay liªn kÕt hai phÝa. NÕu liªn kÕt cã ph−¬ng tr×nh m« t¶ b»ng bÊt ®¼ng thøc gäilµ liªn kÕt kh«ng gi÷ hay liªn kÕt mét phÝa. NÕu liªn kÕt cã ph−¬ng tr×nh kh«ng chøa vËn tèc v gäi lµ liªn kÕt h×nh hächay liªn kÕt h« n« n«m. Ng−îc l¹i nÕu liªn kÕt cã ph−¬ng tr×nh chøa yÕu tè vËntèc v gäi lµ liªn kÕt ®éng häc hay kh«ng h« n« n«m. Sau ®©y nªu mét vµi thÝ dô vÒ c¸c lo¹i liªn kÕt. C¬ cÊu biªn tay quay OAB biÓu diÔn trªn h×nh (14-1) cã ph−¬ng tr×nh liªnkÕt : xA2 + yA2 = r2 ; (xB + xA)2 + yA2 = l2 ; yB = 0 . C¸c ph−¬ng tr×nh liªn kÕt trªn thÓ hiÖn liªn kÕt dõng, gi÷ vµ h« n« n«m. -205- B¸nh xe b¸nh kÝnh R l¨n kh«ng tr−ît trªn ®−êng th¼ng (h×nh 14-2) cã ph−¬ng tr×nh liªn kÕt : y0 ≥ R ; VP = 0 ; Liªn kÕt nµy lµ liªn kÕt dõng, kh«ng gi÷ vµ kh«ng h« n« n«m. VËt A treo vµo ®Çu sîi d©y v¾t qua rßng däc cè ®Þnh B. §Çu kia cña d©y ®−îc cuèn l¹i liªn tôc theo thêi gian. Gi÷ cho vËt dao ®éng trong mÆt ph¼ng oxy th¼ng ®øng (h×nh 14-3). Ph−¬ng tr×nh liªn kÕt ®−îc viÕt : xA2 + yA2 = ≤ l2(t) ; zA = 0 . Liªn kÕt nµy kh«ng dõng, kh«ng gi÷ vµ h« n« n«m. yy B A P(t) M 1 2 R AO x C P B H×nh 14.3 H×nh 14.2 H×nh 14.1 14.1.2. To¹ ®é suy réng. To¹ ®é suy réng lµ c¸c th«ng sè ®Þnh vÞ cña c¬ hÖ. Ký hiÖu to¹ ®é suy réng lµ qj ; qj cã thÓ ®o b»ng ®¬n vÞ ®é dµi, ®¬n vÞ gãc quay, ®iÖn l−îng... NÕu sè c¸c to¹ ®é suy réng ®ñ ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña hÖ ta gäi lµ to¹ ®é suy réng ®ñ. NÕu sè to¹ ®é d− thõa nghÜa lµ v−ît qu¸ sè to¹ ®é cÇn thiÕt ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña hÖ gäi lµ to¹ ®é d−. Sè c¸c to¹ ®é d− ®−îc liªn hÖ víi nhau b»ng biÓu thøc d¹ng : fi(qk,qk,t) ≥ 0 ...