Breviar de Mecanica Navala

March 7, 2017 | Author: CHIS TIMUR VASILE | Category: N/A
Share Embed Donate


Short Description

Download Breviar de Mecanica Navala...

Description

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 1

Dr.ing. G. Kűmbetlian Chis

Dr.ing T.

BREVIAR DE MECANICA APLICATĂ (Teorie şi aplicaţii)

x

y

z

CONSTANŢA 2008

G. Kűmbetlian şi T. Chis

2

Referent ştiinţific: Prof.Dr.Ing. Mihai Minescu Universitatea Petrol-Gaze Ploiesti

ISBN 978-973-0-06162-8 Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României Kűmbetlian, Garabet BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ (Teorie şi aplicaţii) /Prof.univ.dr.ing. Garabet Kűmbetlian Lect.univ.dr.ing.Timur Chis Constanţa, 2008. Bibliogr. ISBN 978-973-0-06162-8 Timur Chiş

© Garabet Kűmbetlian, Timur Chis, 2008 Constanţa,

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 3

NOTĂ BIBLIOTECA NATIONALA A ROMANIEI

Lucrarea BREVIAR DE MECANICA APLICATA (TEORIE SI APLICATII) autori GARABET KUMBETLIAN si TIMUR VASILE CHIS a fost înregistrată având codul ISBN 978-973-0-06162-8. Autorul se obligă să tipărească codul ISBN pe coperta a IV-a şi pe verso paginii de titlu. Pentru aceste publicaţii este valabilă Legea 111/1995 republicata 2007 – Legea Depozitului Legal.

G. Kűmbetlian şi T. Chis

4

PREFAŢĂ Cursul de faţă pentru Navigatori, se adresează studenţilor din anul II ai Facultăţii de Navigaţie şi Transport Maritim şi Fluvial. Cursul de mecanică este prevăzut în planul de învăţământ al Facultăţii în semestrul 1 (3) al anului II, cu 2 ore de curs şi 1 oră de seminar pe săptămână. Ţinând cont de timpul alocat, conţinutul cursului a trebuit să fie redus la cunoştinţele de mecanică strict necesare navigatorului. Din acelaşi motiv, tratarea cunoştinţelor s-a făcut cu instrumentul matematic cel mai potrivit unei prezentări clare şi sistematice, aplicaţiile fiind adaptate specificului „meseriei de marinar”. Sperăm că sub această formă, el este accesibil studenţilor, îndeplinindu-şi scopul de suport al cursului predat direct studenţilor. Autorii,

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 5

OBSERVATIE Cursul de faţă a fost întocmit pe baza programei din „Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafares (STCW), Officer in charge of a navigational watch, PHYSICAL SCIENCE, PART C, MODULE 16, 1.1.Mass, weight and force, 1.2.Distance, velocity and acceleration, 1.3.Circular motion and rotation, 1.4.Statics, 1.5.Work, energy and power, 1.6.Machines.

6

G. Kűmbetlian şi T. Chis

CUPRINS

Pag. 3 4 5 6 10 11 11 11 14 17 17 18 20 21 22 23 23 26 28

1. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. 2.4.3.1. 2.4.3.2. 2.4.4. 2.4.4.1. 2.4.4.2. 2.4.5. 2.5.

NOTA BIBLIOTECA NATIONALA A ROMANEI...... PREFATA......................................................................... OBSERVATIE.................................................................. CUPRINS.......................................................................... INTRODUCERE.............................................................. STATICA.......................................................................... Mărimile fizice ale staticii.............................................. Vectorii şi versorii.......................................................... Orientarea spaţiului......................................................... Operaţii cu vectori.......................................................... Amplificarea vectorilor cu un scalar............................... Adunarea vectorilor coplanari si concurenti................... Proiecţia unui vector pe o axă......................................... Expresia hipercomplexă a unui vector în planul (x,y).... Teorema proiecţiilor....................................................... Produsul a doi vectori..................................................... Produsul scalar a doi vectori........................................... Produsul vectorial a doi vectori...................................... Aplicaţii.......................................................................... Momentul unei forţe în raport cu un punct.Teorema

2.5.1. 2.5.2. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10.

momentelor .................................................................... Momentul unei forţe în raport cu un punct..................... Teorema momentelor...................................................... Cuplul de forţe; momentul cuplului................................ Operaţii de echivalenţă în mecanică............................... Reducerea sistemelor de forţe coplanare, oarecare......... Momente statice, centre de greutate............................... Echilibrul corpului solid rigid, sub actiunea sistemelor

37 37 41 44 47 49 51 59

2.10.1. 2.10.2.

de forte coplanare.............................................................. Echilibrul corpului solid rigid liber................................ Echilibrul corpului solid rigid cu legături. Axioma

59 61

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 7

legaturilor. Tipuri de legaturi............................................ 2.10.2.1.

Axioma legăturilor..........................................................

61

2.10.2.2.

Tipuri de legături (in plan).Legatura prin fir..................

62

2.10.3. 2.10.3.1. 2.10.3.2. 2.10.3.3. 2.10.3.4. 2.10.3.5. 2.10.4.

Maşini simple la bordul navelor..................................... Parghia........................................................................... Scripetele....................................................................... Troliul............................................................................ Planul inclinat fara frecare............................................. Planul inclinat cu frecare............................................... Instalaţii de ridicare de la bordul navelor (Instalatii cu

67 67 68 68 69 70

3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.2. 3.2.1. 3.2.1.1.

biga si balansina).............................................................. CINEMATICA PUNCTULUI MATERIAL.................... Elementele mişcării......................................................... Traiectoria....................................................................... Viteza.............................................................................. Acceleratia...................................................................... Mişcările particulare ale punctului material................... Mişcarea rectilinie uniformă.......................................... Mişcarea absolută, relativă şi de transport rectilinie a

71 74 74 74 74 75 77 77

3.2.2. 3.2.3. 3.2.3.1.

punctului material.......................................................... Mişcarea rectilinie variantă............................................ Mişcarea circulară a punctului material......................... Mişcarea absolută, relativă şi de transport circulară a

78 85 87

4. 4.1. 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3.

punctului material.......................................................... DINAMICA...................................................................... Principile mecanicii clasice............................................ Principiul inertiei (Legea I-a a lui Newton).................... Principiul actiunii fortei (Legea a II-a a lui Newton)..... Principiul actiunii si reactiunii (sau „actiunilor

94 99 99 99 99 100

4.2.

reciproce fortei”) (Legea a III-a a lui Newton).............. Forţe şi momente de inerţie. Metoda cineto-statică (a lui d’Alembert)............................................................... Forte de inertie in miscarea rectilinie a punctului

100

4.2.1.

material si in translatia corpului solid rigid................... Forte de inertie in miscarea circulara a punctului

100

4.2.2.

material ..........................................................................

103

8

4.2.3. 4.3.

G. Kűmbetlian şi T. Chis Forte de inertie in rotatia corpului solid rigid................. Lucrul mecanic, puterea şi energia cinetică, în

105

mişcarea rectilinie a punctului material şi translaţia 4.3.1. 4.4.

corpului solid rigid.......................................................... Teorema energiei cinetice în translaţie........................... Lucrul mecanic, puterea şi energia cinetică în rotaţia

110 112

4.4.1. 4.5. 4.5.1.

corpului solid rigid.......................................................... Teorema energiei cinetice în rotaţia corpului solid rigid Impulsul şi teorema impulsului....................................... Impulsul forţei şi impulsul punctului material în

113 116 119

4.5.2. 4.5.3. 4.6. 4.6.1.

mişcarea rectilinie........................................................... Impulsul corpului solid rigid în translaţie....................... Teorema impulsului şi teorema conservării impulsului.. Momentul cinetic şi teorema momentului cinetic........... Momentul cinetic al punctului material în mişcarea

119 120 121 124

4.6.2. 4.6.3. 4.6.4. 4.7. 4.7.1.

circulară.......................................................................... Momentul cinetic al solidului rigid în rotaţie................. Teorema momentului cinetic.......................................... Teorema conservării momentului cinetic....................... Giroscopul şi aplicaţiile în navigaţie.............................. Generalităţi......................................................................

124 126 127 128 131 131

4.7.2.

Efectul giroscopic în cazul navelor echipate cu turbine

132

4.7.3.

Giroscopul ca stabilizator antiruliu pentru salile de operatie de la bordul navelor ......................................... BIBLIOGRAFIE...............................................................

134 137

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 9

1.INTRODUCERE •

Obiectul de studiu al mecanicii îl constituie „corpurile materiale”. Corpurile materiale pot fi considerate „puncte materiale”, dacă dimensiunile lor sunt relativ mici în raport cu mediul sau „solide rigide” (nedeformabile), dacă dimensiunile lor sunt comparabile cu cele ale mediului înconjurător.



Mecanica studiază „mişcarea mecanică” a corpurilor, cu viteze „v” mult inferioare vitezei luminii „c”. v〈〈 c



(1.1.)

Sistemele de referinţă în raport cu care se studiază mişcarea sunt considerate în mecanică „inerţiale” (adică în mişcare rectilinie şi uniformă).



Părţile

mecanicii

sunt

STATICA,

CINEMATICA

şi

DINAMICA. •

Statica studiază starea de echilibru a corpurilor materiale.



Cinematica studiază mişcarea mecanică, independent de cauzele care o produc.



Dinamica studiază mişcarea mecanică, în strânsă dependenţă de cauzele care o produc.

G. Kűmbetlian şi T. Chis

10

2.STATICA 2.1.Mărimile fizice ale staticii •

„Mărimile fizice” care fac obiectul de studiu al staticii pot fi clasificate în mărimi scalare sau vectoriale.

-„Mărimile scalare” sunt perfect definite printr-un singur număr, ca în cazul masei sau volumului unui corp. -„Mărimile vectoriale” sunt definite prin valoare, direcţie şi sens (ca în cazul vectorilor „alunecători” aplicaţi asupra corpurilor solide rigide) sau valoare, direcţie, sens şi punct de aplicaţie (ca în cazul celor aplicaţi asupra punctelor materiale sau, asupra corpurilor solide deformabile).

2.2.Vectorii şi versorii „Vectorii” pot fi „legaţi”, „alunecători” sau „liberi”. -„Vectorii legaţi” sunt mărimi fizice caracteristice punctelor materiale sau solidelor deformabile (figura 2.1.).

m Fig.2.1.

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 11

    În figura 2.1., viteza v , impulsul mv , acceleraţia a şi forţa F acţionează asupra punctului material de masă m. -„Vectorii alunecători” sunt caracterizaţi prin direcţie, sens şi valoare ca în  cazul forţei F care acţionează asupra navei din figura 2.2.

 F

Δ Fig.2.2. Efectul lor asupra „corpului solid rigid” este acelaşi, indiferent de punctul de aplicaţie aparţinând direcţiei Δ, iar valoarea forţei este F. -„Vectorii liberi” pot fi mutaţi în orice punct al planului (sau spaţiului), fără ca efectul lor să fie alterat, cu condiţia păstrării sensului şi mărimii,    (ca în cazul momentului M al unui cuplu ( F − F )) (figura 2.3.).

 F O1 1

M

O

(M)

O2

(M)

 F

Fig.2.3. Vectorii mai pot fi „coliniari” (ca în figura 2.4.), coplanari (ca în figura 2.5.) sau spaţiali. •

„Versorii” sunt vectori de mărime unitate (1). De exemplu în figura  2.6., vectorul u este versor, dacă mărimea lui este:

G. Kűmbetlian şi T. Chis

12

 u = u =1

(2.1.)

 În acest caz vectorul F (de valoare F) orientat după direcţia (şi în  sensul) versorului u poate fi notat sub forma:   (2.2.) F = Fu

 F1

G

 F3

 F2

Δ

Fig.2.4.

 F2

 F1

G

 F3

 F4

Δ

Fig.2.5.

 u

  F = Fu Fig.2.6.

(Δ)

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 13

2.3.Orientarea spaţiului •

„Orientarea” unei drepte (direcţii), x

În figura 2.7. axa x devine „orientată” dacă i se asociază un versor

 I

=i=1

  F1 = F1 I

 I

  F2 = − F2 I

O

x

Fig.2.7.   În acest caz, expresiile forţelor F1 şi F2 vor ţine cont de orientarea axei x. Astfel,   F1 = F1 I   F2 = − F2 I •

(2.3.) (2.4.)

„Orientarea planului” este posibilă cu ajutorul unui sistem de axe 



(x,y) „orientate” cu ajutorul versorilor I şi J . În acest caz o rotaţie a planului va putea fi considerată pozitivă, dacă suprapunerea axei x peste y se face cu unghiul α de cea mai mică valoare (de 90°), (figura 2.8.).

G. Kűmbetlian şi T. Chis

14



Aceleaşi considerente determină şi rotaţia pozitivă (sau negativă) a axelor, ca în figura 2.9. y

α>0

  J I

x

O

α0

Fig.2.10.

G. Kűmbetlian şi T. Chis

16

αxy >0

y

αyz >0 z

Fig.2.11.

2.4.Operaţii cu vectori În cele ce urmează vom considera ca fiind operaţii cu vectori: „Amplificarea vectorilor cu un scalar”, „Adunarea vectorilor”, „Proiecţia unui vector pe o axă” şi „Produsul a doi vectori”.

2.4.1.Amplificarea vectorilor cu un scalar   Vectorul F , (de valoare F), amplificat cu un scalar λ, este un vector, F1 :   (2.5.) λF = F1   • Direcţia lui F1 este cea a lui F .

BREVIAR DE MECANICĂ NAVALĂ 17 • • •

  Sensul lui F1 este cel al lui F , dacă λ>0.   Sensul lui F1 este contrar lui F , dacă λ
View more...

Comments

Copyright ©2017 KUPDF Inc.
SUPPORT KUPDF