• Аналитический способ нахождения равнодействующей плоской системы сходящихся сил

Рис.

Модуль (величину) равнодействующей можно найти по известным проекциям:

  .

;

Рис.

Плоская система сходящихся сил находится в равновесии, если алгебраическая сумма проекций всех сил системы на любую ось равна нулю.

Система уравнений равновесия плоской сходящейся системы сил:

.

В задачах координатные оси выбирают так, чтобы решение было наиболее простым. Желательно, чтобы хотя бы одна неизвестная сила совпадала с осью координат.

• Пара сил. Момент пары сил

Парой сил называется приложенная к твердому телу система двух сил (F,F') , равных по модулю, параллельных и направленных в противоположные стороны:

F = -F'; F=F'.

Расстояние d между линиями действия сил пары называется плечом пары; плоскость , в которой действуют силы пары, называется плоскостью действия пары. Совокупность нескольких пар, действующих на тело, называется системой пар.

Пара сил не имеет равнодействующей. Она стремится сообщить телу некоторое вращение. Вращательный эффект пары характеризуется векторной величиной, называемой моментом пары. Момент пары сил относительно точки O

Эквивалентность пар: действие пары сил на твердое тело не изменится, если

• переместить пару в другое положение в плоскости ее действия;

• плоскость ее действия переместить параллельно самой себе;

• любым образом изменить модули сил и плечо пары, сохранив неизменным их произведение, т.е. момент пары M=F · d.

Сложение пар сил: система n пар сил с моментами M₁,M₂,...,M_n эквивалентна одной паре с моментом M, равным векторной сумме моментов этих пар: M= M_k.

Условие равновесия системы пар, приложенных к твердому телу: M= M_k=0.

• Момент силы относительно точки

Моментом силы относительно точки (рисунок 1.1) называется векторное произведение радиус-вектора точки приложения силы на вектор силы.

M_o(F) = rF

Рисунок 1.1

Вектор момента направлен перпендикулярно плоскости, в которой лежат сила и точка, в ту сторону, откуда поворот от действия силы виден происходящим против хода часовой стрелки. Вектор момента характеризует положение плоскости и направление вращательного действия силы, а также дает меру этого действия:

|M_o(F)| = F⋅r⋅sinα = F⋅h,

• Плоская система произвольно-расположенных сил. Условия равновесия

Произвольной плоской системой сил называется совокупность сил, линии действия которых находятся в одной плоскости.

Если силы действуют в плоскости XOY (рис. 1.36), то суммы проекций их на ось OZ и моментов относительно осей OX и OY равны нулю. При равновесии тела под действием плоской системы сил суммы их проекций на оси координат и сумма моментов относительно произвольного центра, лежащего в плоскости сил, равны нулю

• Формы уравнений равновесия плоской системы произвольно расположенных сил

Из основной теоремы статики следует, что любая система сил и моментов, действующих на твердое тело, может быть приведена к выбранному центру и заменена в общем случае главным вектором и главным моментом.

Если система уравновешена, то получаем условия равновесия:R=0, M_o=0. Из этих условий для пространственной системы сил получается шесть уравнений равновесия, из которых могут быть определены шесть неизвестных:

∑x_i =0, ∑M_ix=0;

∑y_{i =0}, ∑M_iy=0;(1.20)

∑z_i =0, ∑M_iz=0.

Для плоской системы сил (например, в плоскости Oxy) из этих уравнений получаются только три:

∑x_i=0;

∑y_i=0; (1.21)

∑M_o=0,

причем оси и точка O, относительно которой пишется уравнение моментов, выбираются произвольно. Это первая форма уравнений равновесия.

Уравнения равновесия могут быть записаны иначе:

∑x_i=0;

∑M_A=0; (1.22)

∑M_B=0.

Это вторая форма уравнений равновесия, причем ось Ox не должна быть перпендикулярна линии, проходящей через точки A и B.

∑M_A=0;

∑M_B=0; (1.23)

∑M_C=0.

Это третья форма уравнений равновесия, причем точки A, B и C не должны лежать на одной прямой. Предпочтительность написания форм уравнений равновесия зависит от конкретных условий задачи и навыков решающего.

При действии на тело плоской системы параллельных сил одно из уравнений исчезает и остаются два уравнения (рисунок 1.26, а):

∑x_i =0;

∑M_o=0. (1.24)

Рисунок 1.26

Для пространственной системы параллельных сил (рисунок 1.26, б) могут быть записаны три уравнения равновесия:

∑z_i=0;

∑M_ix=0; (1.25)

∑M_iy=0.

Для системы сходящихся сил (линии действия которых пересекаются в одной точке) можно написать три уравнения для пространственной системы:

∑x_i=0;

∑y_{i =0}; (1.26)

∑z_i =0

и два уравнения для плоской системы:

∑x_i=0;

∑y_{i =0}. (1.27)

В каждом из вышеприведенных случаев число неизвестных, находимых при решении уравнений, соответствует числу записанных уравнений равновесия.