background image

„Mechanika i mechatronika” 

Zagadnienia do zaliczenia wykładów - 2015 

1.  Pojęcie siły i klasyfikacja sił. (Slajd 11) 

 
SIŁA  w  mechanice  to  wynik  wzajemnego  mechanicznego  oddziaływania  na  siebie 
ciał. Szersza definicja: siła to wynik oddziaływań fizycznych ciał na siebie. Pozwala to 
na  wprowadzenie  pojęcia  sił  elektrodynamicznych,  działa-jących  na  przewodniki 
umieszczone  w  polu  magne-tycznym,  przez  które  płynie  prąd  elektryczny  (maszyny 
elektryczne). Inny przykład – oddziaływanie magnesów. 
Klasyfikacja sił: 
•  Siły zewnętrzne czynne i bierne (reakcje), wewnętrzne 
•  Siły skupione, rozłożone liniowo, powierzchniowo, 
    objętościowo. 
 

2.  Stopnie swobody – pojęcie, ilustracja graficzna. (Slajdy 12-13) 

 

Ciała swobodne i nieswobodne: 

 
Ciało sztywne swobodne może się przemieszczać dowolnie w przestrzeni (nie są nało-

żone żadne więzy). Ruch ciała nieswobodnego jest ograniczony przez nałożone więzy. 

W mechanice klasycznej ilość stopni swobody jest to liczba niezależnych ruchów, ja-

kie  ciało  jest w stanie zrealizować  w przestrzeni. W przypadku  ogólnym 

ciało  swobodne 

ma sześć stopni swobody

 i wykonuje: 

•  trzy ruchy translacyjne w stosunku do osi układu 
    współrzędnych x, y, z (

ruch postępowy

), 

•  trzy obroty względem osi równoległych do osi układu 
    współrzędnych x, y, z (

ruch obrotowy

). 

Oznacza  to,  że  może  się  przemieszczać  liniowo  w  trzech  kierunkach  oraz  obracać 

względem trzech osi. 

 

 

Rysunek 1 Ilustracja stopni swobody 

background image

 

3.  Trzecia zasada statyki (zasada równoległoboku) – wzór, ilustracja graficzna. (slajd 21) 

 
Zasada trzecia (zasada równoległoboku). Działanie dwóch sił P1 i P2 przyłożonych do jed-
nego  punktu  można  zastąpić  działaniem  siły  wypadkowej  R  przyłożonej  do  tego  punktu, 
będącej przekątną równoległoboku zbudowanego na wektorach sił P1 i P2, której wartość 
liczbowa wynosi: 

cos

2

2

1

2

2

2

1

P

P

P

P

R

 

gdzie fi – kąt między siłami P

1

 i P

2

 
 
 
 

4.  Płaski układ sił – warunki równowagi. (Slajdy 23-24) 

  

 

Płaski lub przestrzenny układ sił zbieżnych P

1

, P

2

, .. P

i

, ..P

n

 

przyłożonych do jednego punktu 0 można zastąpić jedną siłą 
wypadkową P
 przyłożoną w tymże punkcie i równą sumie 
geometrycznej tych sił. 
 
 
                               P

2

                

P

 = 

P

12

 + P

3

  

                                      

P

12

 = P

1

 + P

                                            P

                            P

1

    0                  

 
 
 
 

 

 

Aby punkt materialny pod działaniem sił zbieżnych pozostawał w równowadze, wypadko-
wa tych sił W musi być równa zero. 

 

0

,

0

0

iy

ix

i

P

P

P

W

 

background image

 

5.  Twierdzenie o trzech siłach – wyjaśnienie, ilustracja graficzna. (Slajd 25) 

 

Równowaga możliwa jest gdy: 
  - linie działania tych sił przecinają się w jednym punkcie, 
  - wielobok sił jest zamknięty. 
 

6.  Moment pary sił – wzór, ilustracja graficzna. (Slajd 27) 

Moment sił. Działanie pary sił  

 

Ph

M

)

(

Ph

h

e

P

Pe

M

Ph

M

Ph

M

E

B

A

 

 
 

7.  Rodzaje tarcia w zależności od ruchu. (Slajd 31) 

 

Rodzaje tarcia 

Tarcie dzieli się również 

w zależności od charakteru ruchu

 między trącymi się ciałami na: 

- tarcie ślizgowe (suwne),  
- tarcie toczenia (toczne),  
- tarcie wiercenia (wiertne). 

Mechanicznym efektem procesu tarcia  jest siła tarcia i ścieranie powierzchni. Pojęcie "tar-
cia spoczynkowego" odnosi się nie do samego procesu tarcia, a do granicznego stanu ukła-
du.  
Mechanika techniczna przyjmuje schematyzację procesu tarcia i charakteryzuje go siłą tar-
cia spoczynkowego lub ruchowego. 

background image

 

8.  Druga zasada dynamiki Newtona – definicja, interpretacja w ujęciu wektorowym. 

 

Druga zasada dynamiki (prawo zmienności ruchu) 

(Slajd 42)

 

Jeżeli na ciało o masie m działają siły niezrównoważone  o wypadkowej F

w

 , to ciało to w 

układzie inercjalnym porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z przyspieszeniem/opóź-
nieniem a proporcjonalnym do tej siły, a odwrotnie pro-porcjonalnym do masy ciała. 

 

m

F

a

F

F

w

w

i

0

 

  

Korzystając z pojęcia pędu (p = mv ) równanie drugiej zasa-dy dynamiki Newtona można 
zapisać w postaci: 

dt

p

d

v

m

dt

d

dt

v

d

m

a

m

F

w

)

(

 

 
 

9.  Praca – ujęcie matematyczne wektorowo, ilustracja graficzna. (Slajd 85) 

Praca 

W stałej siły F wyraża się iloczynem skalarnym siły F i wektora przesunięcia s czyli: 

 

s

F

W

 

 

Praca jest wielkością skalarną. 
Zgodnie z definicją iloczynu skalarnego:  

s

F

s

F

t

cos

 W

 

gdzie q kąt między kierunkami siły i przesunięcia, 
Pracę wykonuje tylko składowa F

t

 styczna do przesunięcia s

 

10.  Podstawowe 

rodzaje obciążeń

 – wymienić, ilustracja graficzna. (Slajd 59) 

Zależnie od sposobu przyłożenia sił zewnętrznych wyróżnia się następujące elementarne 
przypadki obciążeń: rozciąganie (a) lub ściskanie (b), ścinanie (c), skręcanie (d) oraz zgi-
nanie
 (e). 

 

 

background image

 

11.  Wykres naprężenia przy rozciąganiu – punkty charakterystyczne. (Slajd 64) 

 

 

Wykres 1: Materiał sprężysto plastyczny 
Wykres 2: Materiał sprężysto-kruchy 
 

12.  Syntetyczne ujęcie systemu mechatronicznego. 

 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

           

zakłócenie

 

 
 

 

siły/momenty

  

 

 

 

 

 

         

 ruchy 

 
 

        

wielkości nastawcze

                                                                                   

wielkości

 

 

                                                                                                                                                 

pomiarowe

 

 

           

energia

 

      

pomocnicza

                                                                               

alarmy 

 

 
 
                                                                                                                                

sygnały pomiarowe

 

      

sygnały nastawcze

 

 
                       

meldowanie

                                                                                                                

wielkości

 

 

                                                                                                                                                            

prowadzące

 

System podstawowy 

(zwykle mechaniczny)

 

aktory 

procesory 

(sterowanie, regulacja, obliczanie) 

sensory 

 

 
Syntetyczne ujęcie systemu mechatronicznego