Download Sách Engineering Mechanics của R.S. Khurmi (1st Edition)

Tải sách Engineering Mechanics của R.S. Khurmi (1st Edition). Giáo trình Cơ học Kỹ thuật nền tảng, đầy đủ lý thuyết và bài tập cho sinh viên.

• Tác giả: R. Khurmi
• Người hướng dẫn: Shree B.Theraja - Guru and Guide
• Chuyên ngành: Engineering Mechanics
• Đề tài: Beginning and Development of Engineering Mechanics
• Loại tài liệu: Textbook
• Địa điểm: New Delhi

Tóm tắt

I. Giới Thiệu về Giáo Trình Engineering Mechanics Cơ Học Kỹ Thuật

Giáo trình Engineering Mechanics là một tài liệu học thuật quan trọng dành cho sinh viên ngành kỹ thuật, xây dựng và cơ khí. Đây là một cuốn sách tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi tại các trường đại học và cao đẳng trên toàn thế giới. Giáo trình này được biên soạn theo tiêu chuẩn SI (Hệ Đơn Vị Quốc Tế), giúp học sinh hiểu rõ các nguyên lý cơ bản của cơ học kỹ thuật. Nội dung được trình bày một cách logic, từ đơn giản đến phức tạp, kèm theo nhiều hình ảnh minh họa và sơ đồ chi tiết. Cuốn sách cũng bao gồm các ví dụ thực tế và bài tập ứng dụng, giúp sinh viên nắm vững kiến thức một cách hiệu quả.

1.1. Lịch Sử Phát Triển của Cơ Học Kỹ Thuật

Cơ Học Kỹ Thuật có nguồn gốc từ những nguyên lý cơ bản của vật lý cổ điển. Lĩnh vực này đã phát triển qua nhiều thế kỷ, từ những công trình của Newton đến các ứng dụng hiện đại. Giáo trình này tóm tắt lịch sử phát triển và các chia sẻ quan trọng của ngành. Các nhà khoa học và kỹ sư đã góp phần xây dựng nền tảng vững chắc cho cơ học ứng dụng ngày nay.

1.2. Phạm Vi và Ứng Dụng Thực Tế

Giáo trình Engineering Mechanics PDF áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: xây dựng cầu, thiết kế máy móc, chế tạo các công trình dân dụng và công nghiệp. Các nguyên lý được giảng dạy giúp kỹ sư tính toán lực, momen, và cân bằng trong các hệ thống phức tạp. Ứng dụng thực tế của cơ học kỹ thuật là nền tảng cho tất cả các thiết kế kỹ thuật hiện đại.

II. Các Chủ Đề Chính trong Giáo Trình Cơ Học Kỹ Thuật

Giáo trình Engineering Mechanics bao gồm các chủ đề cốt lõi về lực, momen, cân bằng và trọng tâm. Mỗi chương được thiết kế để xây dựng kiến thức từ cơ bản đến nâng cao. Nội dung chính gồm: Hệ thống lực, Thành phần và phân tích lực, Momen và ứng dụng, Lực song song và cặp lực, Cân bằng lực, và Tâm trọng lực. Các chủ đề này được minh họa bằng sơ đồ nhiều màu sắc giúp học sinh dễ hiểu hơn. Mỗi phần đều có các ví dụ minh họa chi tiết và bài tập thực hành để sinh viên áp dụng kiến thức đã học.

2.1. Composition và Resolution of Forces Hợp và Phân Tích Lực

Chủ đề này nghiên cứu cách hợp lực từ nhiều lực thành một lực duy nhất, và ngược lại là phân tích một lực thành các thành phần. Các phương pháp giải bao gồm phương pháp đại số, Định luật Hình Bình Hành, và Định luật Tam Giác. Hiểu rõ về hợp và phân tích lực là nền tảng để giải quyết các bài toán phức tạp trong cơ học kỹ thuật.

2.2. Moments và Applications Momen và Ứng Dụng

Momen của lực là một khái niệm quan trọng trong cơ học ứng dụng, biểu hiện khả năng quay của lực. Giáo trình giới thiệu Nguyên lý Varignon và các ứng dụng thực tế của momen. Sinh viên học cách tính momen, xác định vị trí của hợp lực, và áp dụng vào các bài toán về đòn bẩy và máy simple.

III. Phương Pháp Học Tập và Tài Nguyên Từ Giáo Trình

Giáo trình Engineering Mechanics PDF cung cấp một phương pháp học tập toàn diện với các ví dụ thực tế từ các trường đại học quốc tế. Tài liệu được biên soạn từ dễ đến khó, giúp sinh viên tiếp thu từng bước. Mỗi chương kết thúc với bộ bài tập đa dạng, từ cơ bản đến nâng cao. Giáo trình cũng cung cấp đáp án chi tiết để sinh viên tự kiểm tra. Các hình ảnh minh họa màu sắc giúp trực quan hóa các khái niệm trừu tượng. Sinh viên có thể sử dụng tài liệu này như tài liệu tham khảo chính hoặc hỗ trợ học tập trong quá trình học tập.

3.1. Cấu Trúc Nội Dung và Bố Cục Sách

Giáo trình được chia thành các phần rõ ràng với heading và subheading dễ theo dõi. Mỗi chủ đề bao gồm: định nghĩa, nguyên lý cơ bản, phương pháp giải, ví dụ minh họa, và bài tập luyện tập. Cấu trúc logic này giúp sinh viên dễ dàng tìm kiếm thông tin cần thiết và xây dựng kiến thức một cách hệ thống.

3.2. Hình Ảnh và Sơ Đồ Minh Họa

Giáo trình Engineering Mechanics sử dụng sơ đồ nhiều màu sắc để giải thích các khái niệm phức tạp. Các hình ảnh được thiết kế chuyên nghiệp giúp sinh viên hình dung rõ ràng về lực, momen, và cân bằng. Phương pháp trình bày trực quan này đã được chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao độ hiểu biết của học sinh.

IV. Tầm Quan Trọng và Lợi Ích của Việc Học Engineering Mechanics

Học Cơ Học Kỹ Thuật từ giáo trình chất lượng như tài liệu này là điều cần thiết cho bất kỳ sinh viên ngành kỹ thuật nào. Kiến thức từ cơ học kỹ thuật là nền tảng cho các ngành học nâng cao như cơ học chất rắn, kỹ thuật xây dựng, và thiết kế máy. Sinh viên sẽ phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phân tích cần thiết trong công việc kỹ thuật. Giáo trình này cũng giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho các kỳ thi chuyên môn và công việc thực tế trong ngành công nghiệp.

4.1. Ứng Dụng trong Công Việc Kỹ Thuật Chuyên Nghiệp

Kỹ sư sử dụng kiến thức từ cơ học kỹ thuật hàng ngày khi thiết kế và phân tích các công trình. Từ xây dựng cầu đến chế tạo máy móc, nguyên lý cơ học là yếu tố then chốt. Giáo trình này cung cấp các công cụ và phương pháp để kỹ sư tính toán chính xác lực, áp suất, và momen trong các hệ thống phức tạp.

4.2. Chuẩn Bị cho Các Kỳ Thi và Sự Nghiệp

Giáo trình Engineering Mechanics PDF là tài liệu lý tưởng để chuẩn bị cho các kỳ thi đại học và bằng cấp chuyên nghiệp. Nội dung được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn quốc tế và phù hợp với chương trình học của hầu hết các trường. Sinh viên sẽ có nền tảng vững chắc để bước vào sự nghiệp kỹ thuật với tự tin.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình A Textbook of Engineering Mechanics (tên ban đầu là A Textbook of Applied Mechanics) do tác giả R. Khurmi biên soạn, được xuất bản bởi Nhà xuất bản R. Chand & Company Ltd. (New Delhi, Ấn Độ). Tác phẩm được đề tặng cho nhà sư phạm Shree B.L. Theraja và có sự tham gia hiệu đính của kỹ sư Mr. Tech (Hons) trong phiên bản in màu thứ 20 (Twentieth Multicolour Edition). Trong chương trình đào tạo kỹ thuật bậc đại học và cao đẳng, Cơ học Kỹ thuật (Engineering Mechanics) là môn học nền tảng thuộc khối khoa học ứng dụng (Applied Science), đóng vai trò cầu nối giữa Vật lý lý thuyết, Toán học giải tích với các chuyên ngành kỹ thuật nâng cao như Sức bền vật liệu (Strength of Materials) và Nguyên lý máy (Theory of Machines).

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho sinh viên hệ thống nguyên lý cơ học cổ điển và phương pháp giải quyết các bài toán cơ học thực tế trong thiết kế, xây dựng công trình và cơ cấu cơ khí. Nội dung giáo trình được tổ chức theo hai phân nhánh chính của Cơ học Kỹ thuật: Tĩnh học (Statics - nghiên cứu lực và tác dụng của lực lên vật thể ở trạng thái nghỉ) và Động lực học (Dynamics - nghiên cứu chuyển động của vật thể, bao gồm Động học Kinematics và Động lực học Kinetics).

Cách tiếp cận sư phạm của giáo trình tuân thủ tiến trình từ đơn giản đến phức tạp (simpler to harder), từ kiến thức đã biết đến kiến thức chưa biết (known to unknown). Điểm đặc sắc của ấn bản này là việc chuẩn hóa hoàn toàn theo Hệ đơn vị quốc tế (SI Units) dựa trên khuyến nghị của Hội nghị Cân đo Quốc tế (CGPM), Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) và Viện Tiêu chuẩn Ấn Độ (ISI/BIS), đồng thời tích hợp hệ thống đồ họa vector, ký hiệu Bow (Bow's notations) và hình vẽ minh họa đa sắc để giải thích bản chất vật lý của các hệ lực.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình bao gồm 36 chương chuyên đề, bao quát toàn diện các lĩnh vực của cơ học ứng dụng:

1. Tổng hợp và phân tích lực (Chương 1 - 5): Thiết lập cơ sở về đại lượng vector, quy tắc hình bình hành lực, định lý tam giác lực và đa giác lực. Trình bày phương pháp giải tích và đồ họa để xác định hợp lực ($R = \sqrt{\Sigma H^2 + \Sigma V^2}$). Thiết lập định nghĩa về mô-men lực ($M = P \times l$), định lý Varignon về tổng mô-men của hệ lực phẳng đồng quy, lý thuyết ngẫu lực (couples) và điều kiện cân bằng tổng quát.
2. Đặc trưng hình học của tiết diện và vật thể (Chương 6 - 7): Phương pháp xác định trọng tâm (Centre of Gravity) cho các hình phẳng đối xứng, bất đối xứng, vật thể đặc và tiết diện khoét lỗ. Phân tích mô-men quán tính (Moment of Inertia) của các mặt phẳng diện tích qua phép tính tích phân, quy tắc Routh, định lý trục vuông góc (Perpendicular Axis Theorem) và định lý trục song song (Parallel Axis Theorem).
3. Lý thuyết ma sát và máy nâng đơn giản (Chương 8 - 11): Khảo sát ma sát tĩnh, ma sát động, góc ma sát trên mặt phẳng ngang và nghiêng. Ứng dụng ma sát trong kích vít (screw jack). Thiết lập các thông số của máy nâng cơ học: hệ số lợi cơ học (Mechanical Advantage - $MA$), tỷ số truyền vận tốc (Velocity Ratio - $VR$), hiệu suất ($\eta = MA / VR$), điều kiện tự hãm (self-locking) và tính thuận nghịch của máy.
4. Phân tích kết cấu thanh, dầm và giàn phẳng (Chương 12 - 16): Tính toán phản lực gối tựa dầm chịu tải trọng tập trung (point load), tải phân bố đều (uniformly distributed load), tải biến thiên. Phân tích nội lực giàn phẳng hoàn hảo (perfect frames) bằng phương pháp giải tích (phương pháp tách nút - Method of Joints, phương pháp mặt cắt - Method of Sections) và phương pháp đồ họa liên kết không gian. Ứng dụng nguyên lý công ảo (Virtual Work) của John Bernoulli trên dầm, thang và hệ thanh.
5. Động học và Động lực học chất điểm và vật rắn (Chương 17 - 27): Khảo sát chuyển động biến đổi đều và biến thiên qua đạo hàm, tích phân; chuyển động tương đối; chuyển động của vật thể ném trong không gian; chuyển động quay có gia tốc và chuyển động song phẳng (cơ cấu thanh truyền - piston, bánh xe lăn không trượt). Ứng dụng ba định luật chuyển động của Newton, chuyển động của hệ vật liên kết qua ròng rọc, dao động điều hòa (Simple Harmonic Motion), lò xo xoắn, con lắc đơn và hiện tượng va chạm đàn hồi (Collision of Elastic Bodies).
6. Động lực học nâng cao, hệ thống truyền động và thủy tĩnh học (Chương 28 - 36): Nghiên cứu lực ly tâm, độ nâng siêu cao (superelevation) trên đường bộ/đường sắt; cân bằng các khối lượng quay (Balancing of Rotating Masses); công, công suất, năng lượng và thiết bị đo công suất phanh (Proney Brake, Rope Brake Dynamometer); động lực học quay và mô-men quán tính khối lượng; truyền động đai phẳng, đai chéo và hệ bánh răng vi sai (Epicyclic Gear Trains); thủy tĩnh học cơ bản gồm áp suất chất lỏng, tâm áp lực (centre of pressure) và trạng thái cân bằng của vật thể nổi (chiều cao định tâm metacentric height).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết dựa trên các nguyên lý khoa học chặt chẽ:

• Hệ tiên đề cơ học: Nguyên lý độc lập tác dụng lực (Principle of Physical Independence of Forces), nguyên lý truyền lực trên vật thể rắn tuyệt đối (Principle of Transmissibility of Forces), và ba định luật cơ bản của Newton.
• Nguyên lý cân bằng và thế năng: Định lý Varignon về sự bảo toàn mô-men, nguyên lý công ảo (Principle of Virtual Work) do John Bernoulli đề xuất năm 1717, và định luật bảo toàn động lượng, bảo toàn cơ năng.
• Công cụ toán học chuẩn bị: Giáo trình tóm lược 30 công thức biến đổi lượng giác phẳng, quy tắc đạo hàm hàm hợp, tích phân cơ bản và đại số vector nhằm phục vụ trực tiếp cho việc mô hình hóa các đại lượng cơ học.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Năng lực tính toán hợp lực, phản lực liên kết, ứng lực trong giàn thép, công suất truyền động qua dây đai và bánh răng, lực cản ma sát và lực đẩy nổi thủy tĩnh.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Kỹ năng phân rã bài toán phức tạp thành các sơ đồ vật thể tự do (Free Body Diagrams), thiết lập phương trình cân bằng tĩnh học $\Sigma H = 0, \Sigma V = 0, \Sigma M = 0$, chuyển đổi bài toán hình học sang biểu thức toán học giải tích.
• Kỹ năng thực hành giải pháp (Practical competencies): Ứng dụng họa đồ vector và quy ước ký hiệu Bow để giải nhanh các hệ giàn tĩnh định; đánh giá độ ổn định chống lật/trượt của phương tiện giao thông trên đoạn đường cong có góc nghiêng siêu cao.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp sư phạm cấu trúc hóa theo từng bước:

• Cấu trúc bài giảng phân tầng: Mỗi chương bắt đầu bằng định nghĩa khái niệm tường minh, tiếp nối bởi việc thiết lập công thức toán học, sau đó là các hệ quả rút ra (Corollaries) và các lưu ý giới hạn điều kiện áp dụng.
• Hệ thống ví dụ minh họa có lời giải (Worked Examples): Các ví dụ mẫu được phân loại từ mức độ cơ bản đến nâng cao. Nguồn bài tập được trích xuất trực tiếp từ đề thi thực tế của các trường đại học kỹ thuật tại Ấn Độ và các hội đồng khảo thí quốc tế, cung cấp dữ liệu tính toán thực tế và các bước biến đổi chi tiết.
• Bài tập rèn luyện độc lập (Exercises): Đặt ở cuối mỗi chương, các bài tập yêu cầu người học tự giải nhằm phát triển tư duy độc lập. Mọi bài tập đều có đáp số chuẩn (Answers) đi kèm ở cuối phần bài tập để người học tự kiểm tra tính chính xác.
• Đánh giá đa chiều: Kết hợp hệ thống câu hỏi lý thuyết tổng kết (Questions) nhằm kiểm tra mức độ thấu hiểu bản chất hiện tượng và hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan (Objective Type Questions) kèm đáp án mẫu, hỗ trợ kiểm tra nhanh kiến thức trọng tâm.
• Chỉ dẫn tự học: Sinh viên được yêu cầu nắm chắc phần tóm tắt công cụ toán học và hệ đơn vị ở Chương 1 (Useful Data, Trigonometry, Calculus), thực hành vẽ lại sơ đồ lực trước khi áp dụng công thức số học.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Cải tiến trong ấn bản Multicolour Edition thứ 20: Toàn bộ hệ thống đồ họa kỹ thuật, biểu đồ lực và không gian cơ học được thiết kế đa sắc. Việc tách màu giúp phân biệt rõ ràng giữa các vector lực tác dụng, phản lực liên kết, phương của các thành phần phân rã và đường dóng hình học.
• Chuẩn hóa đo lường SI tuyệt đối: Loại bỏ các hệ đơn vị cũ (FPS, CGS, MKS không chuẩn), áp dụng các quy định của Hội nghị Cân đo Quốc tế lần thứ 11 và tiêu chuẩn ISO/ISI. Hệ thống số liệu lớn được định dạng theo tiêu chuẩn quốc tế (chia nhóm ba chữ số bằng khoảng cách trắng, ví dụ 7 589 000, sử dụng tiền tố chuẩn Tera, Giga, Mega, Kilo...).
• Tích hợp tiến trình lịch sử cơ học: Cung cấp bối cảnh lịch sử của ngành Cơ học từ thời kỳ cổ đại đến cận đại: khảo sát các đóng góp của Aristotle (384–322 TCN), Archimedes (287–212 TCN) với định luật thủy tĩnh, Jean Buridan (1325) với khái niệm xung lượng, Leonardo Da Vinci (1452–1519) về ma sát, Galileo (1564–1642) về chuyển động ném, Isaac Newton (1643–1727) về ba định luật chuyển động, James Watt về công suất máy hơi nước và John Bernoulli (1667–1748) về công ảo.
• Tính liên kết kỹ thuật công trình: Không dừng lại ở các bài toán hạt điểm trừu tượng, giáo trình mở rộng sang các hệ thống máy cơ khí cụ thể như pa-lăng vi sai Weston (Weston’s Differential Pulley Block), tời đơn/kép (Single/Double Purchase Crab Winch), hộp số bánh răng vi sai hành tinh, và hệ thống đo công suất động cơ.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Học viên và sinh viên ngành kỹ thuật: Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên theo học chương trình Cử nhân Kỹ thuật (Degree), Cao đẳng Kỹ thuật (Diploma) và các chương trình sát hạch chứng chỉ kỹ sư chuyên nghiệp (như kỳ thi A.M.I.E.). Các ngành học phù hợp gồm: Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Giao thông, Cơ điện tử và Kỹ thuật Tàu thủy.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức Toán học trung học phổ thông hoặc đại cương, bao gồm lượng giác phẳng, giải phương trình bậc hai, phép tính vi phân và tích phân cơ bản, cùng kiến thức Vật lý đại cương về các định luật chuyển động.
• Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Tài liệu cung cấp khung giáo án tiêu chuẩn, hệ thống đề mục được phân định rõ ràng theo cấu trúc phân tiết, làm nguồn tham khảo để soạn bài giảng lý thuyết, bài tập tình huống và ngân hàng câu hỏi thi.
• Kỹ sư thực hành: Tài liệu phục vụ việc tra cứu các công thức tính toán tĩnh học dầm, giàn phẳng, hệ số ma sát, truyền động đai, cơ cấu nâng và áp suất thủy tĩnh trong quá trình công tác.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình phục vụ sinh viên thuộc các hệ đào tạo Degree (Đại học) và Diploma (Cao đẳng Kỹ thuật) thuộc khối ngành kỹ thuật công trình, cơ khí, xây dựng, cùng những người ôn luyện cho các kỳ thi khảo thí kỹ thuật chuyên nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học giáo trình này?

Sinh viên cần có kiến thức cơ bản về Lượng giác học (các hệ thức góc, định lý hàm số sin, cos), Đại số giải tích, phép tính Vi phân – Tích phân cơ bản và các khái niệm cơ bản về lực và chuyển động trong Vật lý.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu khác là gì?

Tài liệu kết hợp song song cả hai phương pháp giải: phương pháp giải tích đại số (Analytical Method) và phương pháp đồ họa vector (Graphical Method sử dụng ký hiệu Bow). Đồng thời, tài liệu cung cấp số lượng lớn ví dụ mẫu lấy từ đề thi thực tế và được in màu trực quan hóa các đại lượng vector.

4. Làm sao để tự học hiệu quả với giáo trình này?

Người học nên ôn tập kỹ bảng tóm lược công thức lượng giác và vi tích phân tại Chương 1, đọc kỹ các ví dụ mẫu có lời giải để nắm vững các bước thiết lập phương trình cân bằng, sau đó tự làm các bài tập cuối chương và đối chiếu với đáp số được cung cấp.

5. Có tài liệu và công cụ bổ trợ nào được tích hợp trong giáo trình?

Giáo trình tích hợp sẵn bảng tra cứu hàm lượng giác cho các góc đặc thù, bảng tiền tố đơn vị tiêu chuẩn ISO/ISI, phần Useful Data tóm tắt công thức toán học, hệ thống câu hỏi trắc nghiệm có đáp án và bảng chỉ mục (Index) ở cuối sách hỗ trợ tra cứu thuật ngữ.

---

Kết luận

A Textbook of Engineering Mechanics của R. Khurmi là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, chuẩn hóa hệ thống kiến thức Cơ học Kỹ thuật theo các tiêu chuẩn quốc tế về đo lường và phương pháp luận sư phạm. Lộ trình học tập được cấu trúc tuần tự từ Tĩnh học hệ lực phẳng, Hình học khối, Ma sát, Phân tích kết cấu dầm - giàn, đến Động học, Động lực học chất điểm - vật rắn, Truyền động cơ khí và Thủy tĩnh học. Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết và kỹ năng tính toán cần thiết để người học tiếp tục nghiên cứu sâu hơn vào các môn học chuyên ngành kỹ thuật công trình và chế tạo máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MULTICOLOUR ILLUSTRATIVE EDITION A TEXTBOOK OF (SI UNITS) R. CHAND & COMPANY LTD. (AN ISO 9001 : 2000 COMPANY) RAM NAGAR, NEW DELHI - 110 055 PREFACE TO THE TWENTIETH MULTICOLOUR EDITION I feel thoroughly satisfied in presenting the twentieth Edition of this popular book in Multicolour. The present edition of this book has been thoroughly revised and a lot of useful material has been added to improve its quality and use.

It also contains lot of pictures and coloured diagrams for better and quick understanding as well as grasping the subject matter. I am highly obliged to my son Mr.Tech (Hons) for his dedicated and untiring efforts to revise and bring out the book in its present form. Although every care has been taken to check mistakes and misprints, yet it is difficult to claim perfection. Any error, omission and suggestion for the improvement of this volume, brought to my notice, will be thankfully acknowledged and incorporated in the next edition.

B-510, New Friends Colony, R. Khurmi New Delhi-110065 PREFACE TO THE FIRST EDITION I take an opportunity to present this standard treatise entitled as A TEXTBOOK of APPLIED MECHANICS to the Students of Degree, Diploma and A. This object of this book is to present the subject matter in a most concise, compact, to-the-point and lucid manner. While writing this book, I have constantly kept in mind the requirements of all the students regarding the latest as well as the changing trends of their examination.

To make it more useful, at all levels, the book has been written in an easy style. All along the approach to the subject matter, every care has been taken to arrange matter from simpler to harder, known to unknown with full details and illustrations. A large number of worked examples, mostly examination questions of Indian as well as foreign universities and professional examining bodies, have been given and graded in a systematic manner and logical sequence, to assist the students to understand the text of the subject. At the end of each chapter, a few exercises have been added, for the students, to solve them independently.

Answers to these problems have been provided, but it is too much to hope that these are entirely free from errors. In short, it is expected that the book will embrace the requirements of the students, for which it has been designed. Although every care has been taken to check mistakes and misprints, yet it is difficult to claim perfection. Any error, omission and suggestion for the improvement of this volume, brought to my notice, will be thankfully acknowledged and incorporated in the next edition.

Khurmi To My Revered Guru and Guide Shree B.Theraja A well-known author, among Engineering students, both at home and abroad, to whom I am ever indebted for inspiration and guidance CONTENTS 1. Beginning and Development of Engineering Mechanics 1. Divisions of Engineering Mechanics 1. Systems of Units 1.

Units (International System of Units. Presentation of Units and Their Values 1. Composition and Resolution of Forces 13–27 2. Effects of a Force 2.

Characteristics of a Force 2. Principle of Physical Independence of Forces 2. Principle of Transmissibility of Forces 2. System of Forces 2.

Composition of Forces 2. Methods for the Resultant Force 2. Analytical Method for Resultant Force 2. Parallelogram Law of Forces 2.

Resolution of a Force 2. Principle of Resolution 2. Method of Resolution for the Resultant Force 2. Laws for the Resultant Force 2.

Triangle Law of Forces 2. Polygon Law of Forces 2. Graphical (vector) Method for the Resultant Force 3. Moments and Their Applications 28–42 3.

Moment of a Force 3. Graphical Representation of Moment 3. Units of Moment 3. Types of Moments 3.

Varignon’s Principle of Moments (or Law of Moments) 3. Applications of Moments 3. Position of the Resultant Force by Moments 3. Types of Levers 3.

Parallel Forces and Couples 43–54 4. Classification of parallel forces. Like parallel forces 4. Unlike parallel forces 4.

Methods for magnitude and position of the resultant of parallel forces 4. Analytical method for the resultant of parallel forces. Graphical method for the resultant of parallel forces 4. Arm of a couple 4.

Moment of a couple 4. Classification of couples 4. Characteristics of a couple 5. Equilibrium of Forces 55–77 5.

Principles of Equilibrium 5. Methods for the Equilibrium of coplanar forces 5. Analytical Method for the Equilibrium of Coplanar Forces 5. Graphical Method for the Equilibrium of Coplanar Forces 5.

Converse of the Law of Triangle of Forces 5. Converse of the Law of Polygon of Forces 5. Conditions of Equilibrium 5. Types of Equilibrium.

Centre of Gravity 78–99 6. Methods for Centre of Gravity 6. Centre of Gravity by Geometrical Considerations 6. Centre of Gravity by Moments 6.

Axis of Reference 6. Centre of Gravity of Plane Figures 6. Centre of Gravity of Symmetrical Sections 6. Centre of Gravity of Unsymmetrical Sections 6.

Centre of Gravity of Solid Bodies 6. Centre of Gravity of Sections with Cut out Holes (vii) 7. Moment of Inertia 100–123 7. Moment of Inertia of a Plane Area 7.

Units of Moment of Inertia 7. Methods for Moment of Inertia 7. Moment of Inertia by Routh’s Rule 7. Moment of Inertia by Integration 7.

Moment of Inertia of a Rectangular Section 7. Moment of Inertia of a Hollow Rectangular Section 7. Theorem of Perpendicular Axis 7. Moment of Inertia of a Circular Section 7.

Moment of Inertia of a Hollow Circular Section 7. Theorem of Parallel Axis 7. Moment of Inertia of a Triangular Section 7. Moment of Inertia of a Semicircular Section 7.

Moment of Inertia of a Composite Section 7. Moment of Inertia of a Built-up Section 8. Principles of Friction 124–148 8. Angle of Friction 8.

Coefficient of Friction 8. Laws of Friction 8. Laws of Static Friction 8. Laws of Kinetic or Dynamic Friction 8.

Equilibrium of a Body on a Rough Horizontal Plane 8. Equilibrium of a Body on a Rough Inclined Plane 8. Equilibrium of a Body on a Rough Inclined Plane Subjected to a Force Acting Along the Inclined Plane 8. Equilibrium of a Body on a Rough Inclined Plane Subjected to a Force Acting Horizontally 8.

Equilibrium of a Body on a Rough Inclined Plane Subjected to a Force Acting at Some Angle with the Inclined Plane 9. Applications of Friction 149–170 9. Relation Between Effort and Weight Lifted by a Screw Jack. Relation Between Effort and Weight Lowered by a Screw Jack.

Efficiency of a Screw Jack. Principles of Lifting Machines 171–184 10. Input of a Machine 10. Output of a Machine 10.

Efficiency of a Machine 10. Relation Between Efficiency, Mechanical Advantage and Velocity Ratio of a Lifting Machine 10. Reversibility of a Machine 10. Condition for the Reversibility of a Machine 10.

Self-locking Machine. Friction in a Machine 10. Law of a Machine 10. Maximum Mechanical Advantage of a Lifting Machine 10.

Maximum Efficiency of a Lifting Machine. Simple Lifting Machines 185–216 11. Types of Lifting Machines 11. Simple Wheel and Axle.

Differential Wheel and Axle. Weston’s Differential Pulley Block. Geared Pulley Block. Worm and Worm Wheel 11.

Worm Geared Pulley Block. Single Purchase Crab Winch. Double Purchase Crab Winch. First System of Pulleys.

Second System of Pulleys. Third System of Pulleys. Simple Screw Jack 11. Differential Screw Jack 11.

Worm Geared Screw Jack. Types of Loading. Concentrated or Point Load 12. Uniformly Distributed Load 12.

Uniformly Varying Load 12. Methods for the Reactions of a Beam 12. Analytical Method for the Reactions of a Beam 12. Graphical Method for the Reactions of a Beam 12.

Construction of Space Diagram. Construction of Vector Diagram 12. Types of End Supports of Beams 12. Simply Supported Beams 12.

Roller Supported Beams 12. Beams Subjected to a Moment. Reactions of a Frame or a Truss 12. Types of End Supports of Frames 12.

Frames with Simply Supported Ends 12. Frames with One End (viii) Hinged (or Pin-jointed) and the Other Supported Freely on Roller 12. Frames with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Supported on Rollers and Carrying Horizontal Loads. Frames with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Supported on Rollers and carrying Inclined Loads.

Frames with Both Ends Fixed. Analysis of Perfect Frames (Analytical Method) 244–288 13. Types of Frames. Assumptions for Forces in the Members of a Perfect Frame.

Analytical Methods for the Forces. Method of Joints. Method of Sections (or Method of Moments). Structures with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Freely Supported on Rollers and Carrying Horizontal Loads.

Structures with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Freely Supported on Rollers and Carrying Inclined Loads. Analysis of Perfect Frames (Graphical Method) 289–321 14. Construction of Space Diagram. Construction of Vector Diagram.

Magnitude of Force. Nature of Force. Structures with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Freely Supported on Rollers and Carrying Horizontal Loads. Structures with One End Hinged (or Pin-jointed) and the Other Freely Supported on Rollers and Carrying Inclined Loads.

Frames with Both Ends Fixed. Method of Substitution. Equilibrium of Strings 322–341 15. Shape of a Loaded String.

Tension in a String. Tension in a String Carrying Point Loads. Tension in a String Carrying Uniformly Distributed Load. Tension in a String when the Two Supports are at Different Levels.

Length of a String. Length of a String when the Supports are at the Same Level. Length of a String when the Supports are at Different Levels. Concept of Virtual Work.

Principle of Virtual Work. Applications of the Principle of Virtual Work. Application of Principle of Virtual Work on Beams Carrying Point Load. Application of Principle of Virtual Work on Beams Carrying Uniformly Distributed Load.

Application of Principle of Virtual Work on Ladders. Application of Principle of Virtual Work on Lifting Machines. Application of Principle of Virtual Work on Framed Structures. Motion Under Constant Acceleration.

Motion Under Force of Gravity. Distance Travelled in the nth Second. Graphical Representation of Velocity, Time and Distance Travelled by a Body. Motion Under Variable Acceleration 384–399 18.

Velocity and Acceleration at any Instant. Methods for Velocity, Acceleration and Displacement from a Mathematical Equation. Velocity and Acceleration by Differentiation. Velocity and Displacement by Intergration.

Velocity, Acceleration and Displacement by Preparing a Table. Methods for Relative Velocity. Relative velocity of Rain and Man. Relative Velocity of Two Bodies Moving Along Inclined Directions.

Least Distance Between Two Bodies Moving Along Inclined Directions. Time for Exchange of Signals of Two Bodies Moving Along Inclined Directions. Motion of a Body Thrown Horizontally into the Air. Motion of a Projectile.

Equation of the Path of a Projectile. Time of Flight of a Projectile on a Horizontal Plane. Horizontal Range of a Projectile. Maximum Height of a Projectile on a Horizontal Plane.

Velocity and Direction of Motion of a Projectile, After a Given Interval of Time from the Instant of Projection. Velocity and Direction of Motion of a Projectile, at a Given Height Above the Point of Projection. Time of Flight of a Projectile on an Inclined Plane. Range of a Projectile on an Inclined Plane.

Motion of Rotation 445–456 21. Motion of Rotation Under Constant Angular Acceleration. Relation Between Linear Motion and Angular Motion. Linear (or Tangential) Velocity of a Rotating Body.

Linear (or Tangential) Acceleration of a Rotating Body. Motion of Rotation of a Body under variable Angular Acceleration. Combined Motion of Rotation and Translation 457–469 22. Motion of a Rigid Link.

Motion of a Connecting Rod and Piston of a Reciprocating pump. Methods for the Velocity of Piston of a Reciprocating Pump. Graphical Method for the Velocity of Piston of a Reciprocating Pump. Analytical Method for the Velocity of Piston of a Reciprocating Pump.

Velocity Diagram Method for the Velocity of Piston of a Reciprocating Pump. Motion of a Rolling Wheel Without Slipping. Simple Harmonic Motion 470–480 23. General Conditions of Simple Harmonic Motion.

Velocity and Acceleration of a Particle Moving with Simple Harmonic Motion.