- •Статика
- •Тема №1. Введение. Основные понятия статики.
- •Введение
- •Элементы векторной алгебры
- •1. Понятие вектора.
- •2. Правые и левые системы координат.
- •3. Длина, проекции и направляющие косинусы вектора.
- •4. Скалярное произведение двух векторов
- •5. Векторное произведение двух векторов
- •Основные понятия статики
- •Основные понятия: Сила
- •1. Величина, являющаяся количественной мерой механического взаимодействия материальных тел, называется в механике силой.
- •Система сил
- •Аксиомы статики.
- •Аксиома 1.
- •Аксиома 2.
- •Следствие из 1-й и 2-й аксиом.
- •Аксиома 3 (аксиома параллелограмма сил).
- •Аксиома 4.
- •Аксиома 5 (принцип отвердевания).
- •Связи и их реакции.
- •Некоторые основные виды связей
- •1. Гладкая плоскость (поверхность) или опора.
- •2. Нить.
- •3. Цилиндрический шарнир (подшипник).
- •4. Шаровой шарнир и подпятник.
- •5. Стержень.
- •6. Подвижная шарнирная опора
- •7. Неподвижная шарнирная опора
- •8. Неподвижная защемляющая опора или жесткая заделка (рис.19).
- •Вопросы для самопроверки по теме №1
- •Тема №2. Равновесие системы сил. Пара сил
- •Проекция силы на ось и на плоскость.
- •Геометрический способ сложения сил.
- •Равновесие системы сходящихся сил.
- •Геометрическое условие равновесия
- •Аналитические условия равновесия
- •Пример 1.
- •Пример 2.
- •Пример 3.
- •Момент силы относительно центра (или точки).
- •Теорема Вариньона о моменте равнодействующей.
- •Пара сил. Момент пары.
- •Свойства пар
- •Сложение пар
- •Теорема о параллельном переносе силы.
- •Приведение плоской системы сил к данному центру.
- •Условия равновесия произвольной плоской системы сил. Случай параллельных сил.
- •Теорема о трех моментах.
- •Равновесие плоской системы параллельных сил.
- •Статически определимые и статически неопределимые задачи.
- •Советы при решение задач.
- •Вопросы для самопроверки по теме №2
- •Тема №3. Расчет ферм. Трение скольжения и качения.
- •Равновесие систем тел.
- •Расчет ферм. Понятие о ферме. Аналитический расчет плоских ферм.
- •Метод вырезания узлов.
- •Метод сечений (метод Риттера).
- •Графический расчет плоских ферм.
- •Трение.
- •Трение покоя, скольжения.
- •Сила трения скольжения
- •Сухое трение
- •Реакции шероховатых связей. Угол трения.
- •Равновесие при наличии трения.
- •Пример 1.
- •Пример 2.
- •Пример 3.
- •Трение качения и верчения.
- •Сопротивление среды.
- •Сопротивление воздуха.
- •Сопротивление воды.
- •Момент силы относительно центра как вектор.
- •Момент пары сил как вектор.
- •Момент силы относительно оси.
- •Пример 4.
- •Зависимость между моментами силы относительно центра и относительно оси.
- •Приведение пространственной системы сил к данному центру.
- •Условия равновесия произвольной пространственной системы сил.
- •Условия равновесия произвольной пространственной системы сил.
- •Принципы решения задач на равновесие тела под действием пространственной системы сил.
- •Пример 5.
- •Пример 6.
- •Вопросы для самопроверки по теме №3
- •Тема №4. Центр тяжести.
- •Сложение параллельных сил. Центр параллельных сил.
- •Параллельные силы, распределенные по отрезку прямой.
- •Координаты центров тяжести неоднородных тел.
- •Координаты центров тяжести однородных тел.
- •Способы определения координат центра тяжести.
- •Центры тяжести некоторых однородных тел.
- •Вопросы для самопроверки по теме №4
- •Вопросы к экзамену и зачету по статике
- •Список литературы
Теорема Вариньона о моменте равнодействующей.
Докажем следующую теорему Вариньона: момент равнодействующей плоской системы сходящихся сил относительно любого центра равен алгебраической сумме моментов слагаемых сил относительно того же центра.
Рис.35.
Рассмотрим систему сил , , …, , сходящихся в точкеА (рис.35). Возьмем произвольный центр О и проведем через него ось Ох, перпендикулярную к прямой ОА; положительное направление оси Ох выбираем так, чтобы знак проекции любой из сил на эту ось совпадал со знаком ее момента относительно центра О.
Для доказательства теоремы найдем соответствующие выражения моментов m0(),m0(), … . По формуле. Но, как видно из рисунка,, гдеF1x - проекция силы на осьОх; следовательно
.
Аналогично вычисляются моменты всех других сил.
Обозначим равнодействующую сил , , …, , через , где . Тогда, по теореме о проекции суммы сил на ось, получим. Умножая обе части этого равенства наОА, найдем:
или,
.
Пара сил. Момент пары.
Парой сил (или просто парой) называются две силы, равные по величине, параллельные и направленные в противоположные стороны (рис.36). Очевидно, ,и.
Рис.36.
Несмотря на то, что сумма сил равна нулю, эти силы не уравновешиваются. Под действием этих сил, пары сил, тело начнёт вращаться. И вращательный эффект будет определяться моментом пары:
.
Расстояние a между линиями действия сил называется плечом пары.
Если пара вращает тело против часовой стрелки, момент её считается положительным (как на рис.36), если по часовой стрелке – отрицательным.
Для того, чтобы момент пары указывал и плоскость, в которой происходит вращение, его представляют вектором.
Вектор момента пары направляется перпендикулярно плоскости, в которой расположена пара, в такую сторону, что если посмотреть оттуда, увидим вращение тела против часовой стрелки (рис. 37).
Нетрудно доказать, что вектор момента пары – есть вектор этого векторного произведения (рис. 37). И заметим, что он равен вектору момента силыотносительно точкиА, точки приложения второй силы:
.
О точке приложения вектора будет сказано ниже. Пока приложим его к точкеА.
Рис.37.
Свойства пар
1) Проекция пары на любую ось равна нулю. Это следует из определения пары сил.
2) Найдём сумму моментов сил исоставляющих пару, относительно какой-либо точкиО (рис.38).
Рис.38
Покажем радиусы-векторы точек А1 и А2 и вектор , соединяющий эти точки. Тогда момент пары сил относительно точкиО
.
Но . Поэтому.
Но , а.
Значит .
Момент пары сил относительно любой точки равен моменту этой пары.
Отсюда следует, что, во-первых, где бы не находилась точка О и, во-вторых, где бы не располагалась эта пара в теле и как бы она не была повёрнута в своей плоскости, действие её на тело будет одинаково. Так как момент сил, составляющих пару, в этих случаях один и тот же, равный моменту этой пары .
Поэтому можно сформулировать ещё два свойства.
3) Пару можно перемещать в пределах тела по плоскости действия и переносить в любую другую параллельную плоскость.
4) Так как действие на тело сил, составляющих пару, определяется лишь её моментом, произведением одной из сил на плечо, то у пары можно изменять силы и плечо, но так, чтобы момент пары остался прежним. Например, при силах F1=F2=5 H и плече а = 4 см момент пары m = 20 H×см. Можно силы сделать равными 2 Н, а плечо а = 10 см. При этом момент останется прежним 20 Нсм и действие пары на тело не изменится.
Все эти свойства можно объединить и, как следствие, сделать вывод, что пары с одинаковым вектором момента и неважно где расположенные на теле, оказывают на него равное действие. То есть такие пары эквивалентны.
Исходя из этого, на расчётных схемах пару изображают в виде дуги со стрелкой, указывающей направление вращения, и рядом пишут величину момента m. Или, если это пространственная конструкция, показывают только вектор момента этой пары. И вектор момента пары можно прикладывать к любой точке тела. Значит вектор момента пары – свободный вектор.
И ещё одно дополнительное замечание. Так как момент пары равен вектору момента одной из сил её относительно точки приложения второй силы, то момент пары сил относительно какой-либо оси z – есть проекция вектора момента пары на эту ось:
,
где – угол между вектороми осьюz.