Giáo trình Cơ học lý thuyết: Phần 1

NGUY N THÚC AN - NGUY N ÌNH CHI U - KH NG DOÃN<br /> <br /> I N<br /> <br /> GIÁO TRÌNH<br /> <br /> CƠ H C LÝ THUY T<br /> <br /> NHÀ XU T B N XÂY D NG<br /> <br /> THÔNG TIN TÁC GI<br /> A. Tác gi c a giáo trình: Lý thuy t dao<br /> <br /> ng<br /> <br /> 1. GS.TS Nguy n Thúc An<br /> - Năm sinh: 25/02/1939<br /> - Nguyên quán: Xã T o Dương văn, huy n ng hòa, Hà n i<br /> - Trú quán: Phòng 101 nhà 9 t p th trư ng<br /> i h c Th y<br /> l i<br /> i n Tho i: 04.38533673<br /> - Cơ quan công tác: i h c Th y l i<br /> <br /> 2. PGS.TS Nguy n ình Chi u<br /> - Năm sinh: 19/9/1946<br /> - Nguyên quán: Xã Yên Nam huy n Duy Tiên t nh Hà nam<br /> - Trú quán: 515 Nguy n Tam Trinh qu n Hai Bà trưng, Hà<br /> n i<br /> i n Tho i: 04.36241860<br /> - Cơ quan công tác: i h c Th y l i<br /> <br /> 3. PGS.TS Kh ng Doãn i n<br /> - Năm sinh: 08/10/1946<br /> - Nguyên quán: Phư ng B ch h c thành ph Vi t trì, t nh<br /> Phú th<br /> - Trú quán: T p th trư ng i h c Th y l i, ng a,<br /> Hà n i<br /> i n Tho i: 38528515<br /> - Cơ quan công tác: i h c Th y l i<br /> <br /> B. Ph m vi và i tư ng s d ng:<br /> 1. Ngành h c: K thu t công trình, Công ngh k thu t xây d ng, Th y i n và<br /> năng lư ng tái t o, K thu t tài nguyên nư c, K thu t cơ khí, Th y văn, K<br /> thu t b bi n.<br /> 2. Trư ng h c: i h c Th y l i<br /> 3. T khóa: Cơ h c, Cơ lý thuy t.<br /> 4. Yêu c u ki n th c: Toán cao c p<br /> 5. S l n xu t b n: 01<br /> 6. Nhà xu t b n: NXB Xây d ng<br /> <br /> L I NÓI<br /> <br /> U<br /> <br /> Trong hơn 40 năm qua, giáo trình Cơ h c lý thuy t dùng<br /> gi ng d y và h c t p<br /> Trư ng i h c Thu l i ư c biên so n nhi u l n. Ch t lư ng b n in t ng th i kỳ<br /> có khác nhau, nhưng n i dung v n m b o cho gi ng d y và h c t p, áp ng yêu c u<br /> c a ào t o và chương trình khung c a H i ng Ngành Cơ h c c a B<br /> i h c và<br /> Trung h c chuyên nghi p trư c ây, nay là B Giáo d c và ào t o.<br /> L n in năm 1977, chương trình có t i hơn 20 chương, nhi u năm li n sinh viên<br /> Trư ng<br /> i h c Thu l i ư c h c theo chương trình y<br /> ó. Qua nhi u l n c i<br /> cách, chương trình b rút b t và g n ây theo chương trình khung c a H i ng Ngành<br /> Xây d ng, không còn d y các n i dung: Chuy n ng c a v t r n có m t i m c<br /> nh, chuy n ng c a v t r n t do, H p chuy n ng c a v t r n, ng l c h c v t<br /> r n, lý thuy t va ch m, … và rút g n cách trình bày ph n Tĩnh h c.<br /> thu n ti n cho sinh viên có nguy n v ng h c y<br /> và nâng cao, ng th i<br /> áp ng yêu c u c a tình hình m i, chúng tôi biên so n l i giáo trình Cơ h c lý thuy t,<br /> trong ó có các chương hi n không có trong chương trình khung (như Chương V ph n<br /> th 2 và Ph n ph l c), vì theo chúng tôi, có như v y chương trình m i y . Cách<br /> s p x p các ph n cũng không áp ng ư c cho t t c các ngành, chúng tôi chia theo<br /> chương trình h c c a ngành h c y<br /> nh t.<br /> Phân công trách nhi m vi t các ph n như sau:<br /> - PGS. TS Kh ng Doãn i n vi t các Chương: I, II, III ph n th nh t; Ph n m<br /> u, Chương I, II, III, IV ph n th hai và cùng GS Nguy n Thúc An vi t<br /> Chương II ph n M t vài Nguyên lý Cơ h c.<br /> - PGS. TS Nguy n ình Chi u vi t Chương V ph n th hai; Chương I, II ph n<br /> th ba và Chương I, III ph n ph l c.<br /> - GS. TS Nguy n Thúc An vi t Chương I và cùng PGS Kh ng Doãn i n vi t<br /> Chương II ph n M t vài Nguyên lý Cơ h c; Chương II ph n ph l c.<br /> T p th tác gi chân thành c m ơn GS. TSKH Nguy n ông Anh và GS. TS<br /> Nguy n Văn Phó v nh ng ý ki n óng góp quý báu trong quá trình biên so n giáo<br /> trình này.<br /> Chúng tôi r t mong nh n ư c góp ý c a các ng nghi p và ngư i h c. C m ơn<br /> Th.S Nguy n Ng c Huyên vì s óng góp công s c vào hình th c th hi n giáo trình<br /> này.<br /> Xin chân thành c m ơn.<br /> Hà N i, tháng 4 năm 2007<br /> Các tác gi<br /> 3<br /> <br /> M<br /> <br /> U<br /> <br /> Cơ h c lý thuy t là m t trong nh ng môn h c cơ s c a Khoa h c k thu t hi n<br /> i, nó là Khoa h c nghiên c u các quy lu t t ng quát v s chuy n ng và s cân<br /> b ng chuy n ng c a các v t th .<br /> Trong Cơ h c lý thuy t, ta hi u chuy n ng là s thay i v trí c a các v t th<br /> trong không gian theo th i gian, còn v t th ư c bi u di n dư i d ng mô hình là ch t<br /> i m và cơ h .<br /> Cơ h c lý thuy t ư c xây d ng theo phương pháp tiên , t c là d a vào m t s<br /> khái ni m cơ b n và h tiên c a Niutơn, b ng suy di n toán h c lôgíc mà suy ra các<br /> k t qu . Ngư i ta g i ó là Cơ h c c i n hay Cơ h c Niutơn, nó nghiên c u chuy n<br /> ng v i v n t c nh so v i v n t c ánh sáng c a nh ng v t th vĩ mô, t c là v t th<br /> có kích thư c l n hơn kích thư c c a m t nguyên t r t nhi u.<br /> Trên cơ s nh ng bài toán ư c nghiên c u, Cơ h c lý thuy t ư c chia ra làm ba<br /> ph n: Tĩnh h c, ng h c và ng l c h c.<br /> Ph n tĩnh h c, nghiên c u tr ng thái cân b ng c a v t r n dư i tác d ng c a các<br /> l c t lên v t ó.<br /> Ph n ng h c kh o sát chuy n ng c a ch t i m hay v t r n v phương di n<br /> hình h c mà không xét n nguyên nhân gây ra chuy n ng.<br /> Ph n ng l c h c nghiên c u quy lu t chuy n<br /> tác d ng c a l c.<br /> <br /> ng c a ch t i m và cơ h dư i<br /> <br /> Cơ h c lý thuy t có vai trò và ý nghĩa r t l n. Nó không ch là cơ s khoa h c c a<br /> nhi u lĩnh v c Khoa h c k thu t hi n i, mà nh ng quy lu t và phương pháp nghiên<br /> c u c a cơ h c lý thuy t cho phép ta tìm hi u và gi i thích các hi n tư ng t nhiên c a<br /> th gi i xung quanh ta.<br /> i v i các Trư ng i h c k thu t nói chung và Trư ng i<br /> h c Thu l i nói riêng, Cơ h c lý thuy t là môn h c r t quan tr ng nó là cơ s cho<br /> nhi u môn h c khác, như S c b n v t li u, Nguyên lý máy, Thu l c, Bê tông c t<br /> thép, Thu năng, Thi công, ....<br /> h c t t môn h c, c n ph i n m ư c cơ s c a gi i tích toán h c, hình h c gi i<br /> tích, i s cao c p, phương pháp vi phân. Ngoài ra, nh ng ki n th c v hình h c và<br /> i s sơ c p, v lư ng giác thì ph i n m th t v ng.<br /> L ch s phát tri n c a Cơ h c lý thuy t g n li n v i v i s phát tri n c a s n xu t,<br /> ó là c m t quá trình r t lâu dài.<br /> T xa xưa,<br /> xây d ng nh ng công trình vĩ<br /> ã dùng nh ng kinh nghi m tích lũy v cơ h c<br /> 4<br /> <br /> i như Kim t tháp Ai c p, ngư i ta<br /> chuyên ch hay ưa v t n ng lên<br /> <br /> cao b ng nh ng công c<br /> .... S chuy n ti p t nh<br /> nh ng quy lu t chung v<br /> th c t phong phú do k<br /> ngư i.<br /> <br /> ơn gi n như: Xe trư t, con lăn òn b y, m t ph ng nghiêng,<br /> ng hi u bi t ơn thu n do kinh nghi m d n n vi c thi t l p<br /> cơ h c òi h i m t th i gian dài tích lu d n nh ng tài li u<br /> t qu quan sát, do kinh nghi m ho t ng s n xu t c a con<br /> <br /> Nhà thu t Cơ h c lý thuy t (ph n tĩnh h c) là Ácximét (287-212 TCN), ã gi i<br /> quy t ư c nhi u v n<br /> cơ h c như: Xét i u ki n cân b ng c a òn, xây d ng lý<br /> thuy t v tr ng tâm, s c y c a nư c lên v t t trong nư c và nhi u phát minh trong<br /> k thu t Quân s .<br /> Dư i th i trung c , cơ h c cũng như nh ng môn h c khác<br /> kìm hãm và s th ng tr hà kh c c a ch<br /> phong ki n th n h c.<br /> <br /> ub<br /> <br /> ình tr do s<br /> <br /> vanhxi (1452-1513) là m t<br /> Nhà ho sĩ và nhà V t lý h c ngư i Ý tên là Lê-ô-na<br /> trong nh ng ngư i u tiên dùng toán h c trong cơ h c. Ông ã nghiên c u hi n tư ng<br /> ma sát trong Máy, s trư t c a v t trên m t ph ng nghiêng và ưa ra khái ni m<br /> mômen c a l c.<br /> Côpécních (1473-1543) ã l p ra lý thuy t “m t tr i là trung tâm”, l t<br /> “trái t là trung tâm” óng góp cho l ch s phát tri n cho l ch s cơ h c.<br /> Kêple (1571-1630) tìm ra ba<br /> <br /> nh lu t n i ti ng v s chuy n<br /> <br /> lý thuy t<br /> <br /> ng c a các vì sao.<br /> <br /> Galilê (1564-1642) ã ưa ra khái ni m v v n t c, gia t c và gi i quy t chính xác<br /> v n chuy n ng c a viên n, ã t n n móng cho ph n ng l c h c.<br /> Nhà Toán h c và Cơ h c n i ti ng ngư i Anh là Ixac Niutơn (1643-1727) ã có<br /> công l n trong vi c xây d ng hoàn ch nh cơ s c a Cơ h c c i n; trong ó, ông ã<br /> l p ra nh ng nh lu t cơ b n và xu t phát t nh ng nh lu t này ông ã trình bày<br /> ph n ng l c h c m t cách có h th ng. Ngoài ra ông còn tìm ra nh lu t v n v t h p<br /> d n và là ngư i u tiên l p ra môn Cơ h c các vì sao.<br /> Sau ó nhà toán h c Ơle (1707-1783) ã dùng gi i tích<br /> nghiên c u cơ h c m t<br /> cách tri t<br /> hơn, phương pháp nghiên c u cơ h c b ng gi i tích ư c phát tri n hơn<br /> nh các công trình nghiên c u c a Lagrăng (1736-1813).<br /> Nhà khoa h c ngư i Pháp alămbe (1717-1813) d a trên nguyên lý di chuy n o<br /> c a Bécnulli, ã ưa ra nguyên lý n i ti ng mang tên ông.<br /> Ngoài ra, các nhà khoa h c Pháp như Laplas, Poátxông và các nhà khoa h c<br /> c<br /> như Gaoxơ, Écxơ ã óng góp nhi u công trình giá tr cho s phát tri n c a cơ h c<br /> gi i tích.<br /> Vào gi a th k 19 do s phát tri n nhanh chóng c a khoa h c và k thu t,<br /> ng yêu c u th c d ng, môn Cơ h c k t c u ra i.<br /> 5<br /> <br /> áp<br /> <br />