Trong các hệ thống cơ học tịnh tiến, ba thành phần cơ bản thường gặp là khối lượng (mass), lò xo (spring) và bộ giảm chấn (dashpot) – được minh họa hình dưới. Đầu vào của hệ thống thường là lực tác dụng (F), và đầu ra là độ dịch chuyển (y).

1. Lò Xo (Spring)
Lò xo là phần tử có khả năng lưu trữ năng lượng cơ học, thường được dùng trong hệ thống cơ học như một phần tử tạo độ trễ. Tùy thuộc vào tính chất, lò xo có thể là loại cứng, mềm, hoặc tuyến tính (xem Hình dưới). Dù loại nào, nếu chỉ xét các dao động nhỏ quanh vị trí cân bằng, ta đều có thể tuyến tính hóa hành vi của lò xo.

Trong phân tích, lò xo thường được giả định là không có khối lượng (hoặc khối lượng không đáng kể), và lực tác dụng ở hai đầu được coi là bằng nhau về độ lớn, ngược chiều nhau.
- Với lò xo tuyến tính, mối quan hệ giữa lực
và độ giãn
được biểu diễn bởi công thức:
trong đó
là hằng số đàn hồi của lò xo.
- Năng lượng được lưu trữ khi lò xo bị nén hoặc kéo giãn là:
Năng lượng này sẽ được giải phóng khi lò xo trở về trạng thái ban đầu.
Lắp ghép lò xo:
- Lò xo mắc song song:
Hằng số đàn hồi tương đương là: - Lò xo mắc nối tiếp:
Hằng số đàn hồi tương đương được tính theo công thức:
2. Bộ Giảm Chấn (Dashpot)
Bộ giảm chấn là phần tử tạo ra hiện tượng tắt dần (damping), thường được mô phỏng bởi một pít-tông di chuyển trong môi trường nhớt bên trong xi-lanh. Khi pít-tông chuyển động, chất lỏng xung quanh làm chậm lại quá trình này, tạo ra lực cản.
- Lực cản
tỷ lệ với vận tốc
:
Trong đó, bb là hệ số nhớt (hệ số giảm chấn).
- Bộ giảm chấn không lưu trữ năng lượng, mà chỉ tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt.
3. Khối Lượng (Mass)
Theo định luật II Newton, lực tác dụng lên khối lượng gây ra gia tốc:
Vì gia tốc là đạo hàm bậc hai của vị trí theo thời gian, ta có:
- Khi vật chuyển động, nó lưu trữ năng lượng động học dưới dạng:
Năng lượng này được giải phóng khi vật dừng lại.
Một Số Ứng Dụng Của Hệ Cơ Học Tịnh Tiến
Các hệ cơ học tịnh tiến được ứng dụng rộng rãi trong mô hình hóa các hệ thống cơ điện tử, robot, hệ thống treo xe, và nhiều thiết bị cơ học khác. Việc hiểu rõ vai trò của từng thành phần giúp ta dễ dàng xây dựng mô hình toán học, mô phỏng, và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả.
Nếu bạn cần thêm ví dụ minh họa hoặc mô phỏng cụ thể các hệ thống này, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ!