Зовнішні і внутрішні сили. Деформація.

Як відомо з курсу загальної фізики, силою називають взаємодію тіл /або їх частин/, в результаті якої виникають прискорення цих тіл або їм І на їх форми /розмірів/ - деформація. В опорі матеріалів розрізняють зовнішні і внутрішні сили.

Зовнішніми називають сили, які виникають під час взаємодії даного тіла, елемента конструкції з іншими, зв'язаними з ним тілами. Наприклад залізобетонна ферма мосту сприймає від коліс вагу автомобіля і передає II на бетони і опори; останні, в свою чергу, передають це навантаження вагу на фундамент, а потім на його основу.

Класифікацію зовнішніх сил проводять за кількома факторами і за часом дії, елементами поверхні тіла, на які передається дія, за величиною і напрямом дії 1 ін. Найчастіше в розрахунковій практиці зустрічаються зосереджені сили і розподілені навантаження.

Зосередженою називають силу, яка діє на розглядуваний елемент конструкції по площі, розмірами якої порівняно з розмірами конструкції ножна нехтувати. Зосередженою можна вважати силу тиску коліс вагона на рейку, тиск людини своєю вагою на підлогу тощо. Зосереджену силу позначають буквою F, в системі СІ вона вимірюється в ньютонах(н), кілоньютонах (кн); в технічній системі - в кілограмах (кг), тоннах (т)

Розподіленими називають сили, які прикладені на деякій довжині або площі поверхні тіла, порівнянній з його розмірами. Прикладами та­ких сил є тиск шару снігу однакової товщини на поверхню покрівлі, що являв ', собою навантаження, рівномірно розподілене по поверхні; влас­на вага провідника лінії електропередачі - це навантаження, розподілене по лінії, лінійно розподілене навантаження.

Навантаження, розподілене по лінії, позначається літерою q і має одиниці в системі СІ ньютон на метр(н/м) ,кілоньютон на метр(кН/м), меганьютон на метр(МН/м), в технічній системі - кілограм на метр (кг/м), тонна на митр (т/м).

Крім того, зовнішні сили за часом дії поділяють також на ста­нині, динамічні, повторно-змінні і та. ін.

Розглянемо поняття внутрішніх сил. Як відомо, довільна тіло скла­дається з молекул і атомів, між якими існують сили взаємного при­тягання I взаємного відштовхування. ЦІ сили взаємодії у фізиці нази­вають внутрішніми. Внаслідок наявності внутрішніх 01Л тіла намагаються зберегти свою форму як вдане ціле; ці сили протидіють всякій зміні вза­ємного розташування молекул І атомів тіла. Наприклад, Під час роз­тягу стержня сили взаємного притягання між молекулами І атомами про­тидіють розтягу, а під час стиску стержня виникають сили взаємного відштовхування, які протидіють стиску.

В цілому, якщо зовнішні сили намагаються змінити форму тіла, то внутрішні сили протидіють намаганням деформувати тіло. Відповідно до цього, чим більші зовнішні сили, тим більша і протидія, тобто більші внутрішні сили. Звідси випливає що внутрішні сили навантаженого і не навантаженого елемента конструкції неоднакові.

У науці опору матеріалів ті внутрішні сили, які діють між моле­кулами і атомами ненавантаженого бруса, не розглядають. В подальшому під внутрішніми силами розумітимемо ту їх змінну частину, яка ви­никає лише під дією зовнішніх сил, тобто будемо вважати, що у ненавантаженому брусі внутрішні сили відсутні. Зрозуміло також, що в навантаженому брус! виникають внутрішні сили, які намагаються по­вернути частинки твердого тіла в ті положення, які вони займали до навантаження, тобто до деформації.

Під деформацією будемо розуміти всяку зміну початкової форми і розмірів тіла під час дії на нього зовнішніх сил.

Деформація, яка повністю зникає після припинення дії зовнішньої сили, називається пружною. Деформація, що залишається в точці після припинення дії зовнішніх сил, називається пластичною /або залишковою/,

В опорі матеріалів мають справу переважно з пружними деформаціями, що діють в реальних конструкціях.

Залежно від характеру дії зовнішніх сил елементи конструкцій мо­жуть набувати таких видів простих деформацій: розтяг або стиск, зсув, кручення і згин. За наявності в тілі кількох видів простих деформацій вважають, що таке тіло має складну деформацію або чинить складний опір.

Деформацію розтягу або стиску, наприклад, має стержень, до яко­го прикладено зовнішні сили вздовж його осі. Такої деформації зазна­ють троси, канати, штоки поршнів двигунів тощо.3сув виникає тоді, коли на тіло діють паралельні і протилежно напрямлені сили, зміщуючи плоскі перерізи твердого тіла один відносно одного. Деформації зсу­ну зазнає брус в разі розрізу його ножицями, вона виникає в клепа­них, шпонкових і частково болтових з'єднаннях.

Деформація кручення виникає тоді, коли зовнішні сили утворюють пара 0JW, ЯКІ розміщені в площині, перпендикулярній до осі бруса. Такій інформації підлягають вали, свердла і інші елементи конструкцій.

Згин бруса трапляється у випадку дії зовнішніх сил, напрямлених перпендикулярно до осі бруса. Внаслідок згину вісь стержня викривляється aбo змінює початкову кривизну. Таку деформацію мають балки, осі, зуби зубчастих коліс тощо.