مواضيع المحاضرة: Mechanics Statics and Dynamics
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Mechanics 

Mechanics

Statics

Dynamics

‐Equilibrium

‐Selected Topics

Kinematics

Kinetics

‐Particles

‐Rigid Bodies

‐Particles

‐ Rigid Bodies

A branch of physical science 

which deals with ( the states of 
rest or motion of ) 

bodies under 

action of forces

Dynamics:  

Motion

of bodies

Statics: 

Equilibrium

of bodies 

(no accelerated motion)
under action of Forces


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Mechanics

Mechanics

Statics

Dynamics

Mech. of Materials

Fluid Mechanics

Vibration

Fracture Mechanics

Etc.

Structures

Automotive

Robotics

Spacecraft

Etc.

Basic Concepts


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Basic Concept ‐ Definition

Space

:     Collection of points whose relative positions can be described 

using  “a coordinate system”

Time

is a measure of the succession of events and is considered an

absolute quantity.

Mass

:  is the quantitative measure of the inertia or resistance to

change in motion of a body [Dynamics]. Mass may also be considered as the 
quantity of matter in a body.      

position, 
velocity, 
acceleration

r


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Kinematics:

is the branch of classical mechanics which describes the motion

of points, bodies (objects) and systems of bodies (groups of objects)
without consideration of the causes of motion. So you only have velocities
and accelerations without the forces/torques which creates the motion.

Kinetics:

is a term for the branch of classical mechanics that is concerned

with the relationship between the motion of bodies and its causes, namely
forces and torques. So here you have both velocities, accelerations and the
forces which creates the motion.

Force:

is the vector action of one body on another


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A particle:

is a body of negligible dimensions. When the dimensions of a

body are irrelevant to the description of its motion or the action of forces
on it, the body may be treated as a particle. An airplane, for example, may
be treated as a particle for the description of its flight path.

A rigid body:

is a body whose changes in shape are negligible compared

with the overall dimensions of the body or with the changes in position of
the body as a whole.


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• In dynamics, force is an action that tends to cause acceleration of 

an object.

• The SI unit of force magnitude is the 

newton

(

N

). One newton is 

equivalent to one kilogram‐meter per second squared (

kg∙m/s

2

or 

kg∙m ∙ s

– 2

)


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SCALARS  AND  VECTORS

Scalars

associated with “

Magnitude

” alone

Vectors

associated with “

Magnitude

” and “

Direction

mass

density

volume

time

energy

, …

force, displacement

velocity

acceleration, …

:  Direction

or V

| |

V

Magnitude:

V

or 

V

Vector :

free vector 
(“math” vector)


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8

Vector: magnitude & direction, components

Scalar multiplication

Addition, subtraction

Dot product

Cross product

Mixed triple product

Manipulation

Scalar & Vector

(

)

aA

A

B A

B

A B

A B

A B C

 

 

 

 

Mathematical Meanings
vs

Physical Meanings


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Physical Quantity of Vector

Vectors representing physical quantities can be classified

• Fixed Vector

Its action is associated with a 

unique point of application

Described by magnitude, direction & pt of application

• Sliding Vector

Has a 

unique line of action 

in space but not a unique point of 

application

Described by magnitude, direction & line of action

• Free Vector

Its action is 

not confined or associated with a unique line in 

space

.

Described by magnitude & direction


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The  Principle  of  

Transmissibility

“A force may be applied at any point on its given 

line of action

without altering the 

resultant effects

external

to the 

rigid body

on which it acts.”

We can slide the force along its line 
of action
.

(force can be considered as sliding vector)

F

F

=

?

The two force can be 
considered equivalent if 

……

If we concerns only about the 

external resultant effects 

on 

rigid body.


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Summation of Force 

1

F

2

F

1

2

F

F

1

F

2

F

1

2

1

2

F

F

if there are sliding vectors

concurrent forces

non‐concurrent


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NEWTON’S  LAWS  OF  MOTION  (1

st

Law)

The  study  of  rigid  body  mechanics  is 

formulated on the basis of Newton’s laws of 
motion.

 

0

F

First Law:

An  object  at  rest

tends  to  stay  at  rest 

and  an  object  in  motion

tends  to  stay  in  motion 

with  the 

same  speed 

and  in  the 

same 

direction,

unless acted upon by an unbalanced force

.

A particle remains at rest or continues to move with uniform
velocity (in a straight line with a constant speed) if there is no unbalanced
force acting on it


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NEWTON’S  LAWS  OF  MOTION    (2

nd

Law)

Second Law:

The acceleration of a particle is 

proportional to the vector sum 

of 

forces acting on it, and is in the 

direction of this vector sum

.

m

F

a

a

m

F


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NEWTON’S  LAWS  OF  MOTION

Third Law:

The mutual forces of 

action and reaction

between two 

particles are 

equal in magnitude

opposite in direction

and 

collinear

F

F

F

F

Confusing?

Concept of  

FBD 

(

Free Body Diagram

)

Point: Isolate the body

Forces always occur in pairs – equal and 
opposite action-reaction force pairs.


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Newton’s  Law of  Gravitation

2

r

GMm

F

‐ M & m are particle masses 
‐ G is the universal constant of gravitation, 

6.673 x 10

‐11

m

3

/kg‐s

‐ r   is the distance between the particles.

For Gravity on earth  

(at sea level)

where 

‐ m is the mass of the body in question 
‐ g = GM/R

2  

=  9.81 m/s

2

(32.2 ft/s

2)

W

mg

M

m

r

F

m

M

W=mg


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Effect of Altitude

g

0

: represents the absolute acceleration due to gravity at sea level

h :the absolute value at an altitude

R: is the radius of the earth


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Problems pp18


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Kinematics of Particles

Particle motion and Choice of Coordinates

Constrained motionthe particle is confined to a 
specified path

Unconstrained motionthere are no physical 
guides

position of particle P at any time can be described by specifying its rectangular
coordinates* xyz, its cylindrical coordinates r, , z,θ or its spherical coordinates
R,θ , φ .

Absolute-motion 

analysis

:

coordinates measured from fixed reference axes

Relative motion 

analysis

coordinates measured from moving reference axes


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Rectilinear Motion


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Velocity and Acceleration                         

then

then


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Acceleration and velocity are vector quantities and can be positive or negative 

• Differntial equation relating displcement, velocity and acceleration 

• For 

constant acceleration 

we can integrate these equations as follows


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SAMPLE PROBLEM 2/1-4 P 27-30


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Plane Curvilinear Motion

vector analysis to describe
the motion, since the results will be independent of any particular coordinate
system.

Velocity


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The magnitude of is called the 

speed 

and is the scalar

Acceleration


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Rectangular Coordinates (x-y)

Vector Representation

The scalar values of the components of and a


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Projectile Motion

1. neglect aerodynamic drag

2.acceleration due to gravity is 

constant 

acceleration components

the 

x

- and 

y

-motions are 

independent


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0.348


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2/65
2/67


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Circular Motion


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Plane Curvilinear Motion: 

Plan curvilinear motion


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