- •Введение
- •Основные понятия и аксиомы статики
- •1.1 Сила и система сил
- •1.3. Аксиомы статики
- •Связи и их реакции
- •4. Связь с неподвижным центром вращения (сферический шарнир)
- •5. Опорный стержень
- •Аналитические условия равновесия тела, загруженного сходящейся системой сил
- •Теорема о трех непараллельных силах (правило трех сил)
- •4. Момент силы
- •4.1. Момент силы относительно оси
- •3. Система сходящихся сил
- •3.1 Теорема о равновесии тела под действием сходящейся системы сил(векторные условия равновесия)
- •4.2. Момент силы относительно полюса (центра, точки)
- •4.3. Момент силы относительно полюса как векторное произведение
- •4.4 Связь между моментами силы относительно полюса и оси
- •4.5. Главный момент системы сил
- •4.6. Зависимость между главными моментами системы сил относительно двух полюсов
- •4.7. Теорема Вариньона (частный случай)
- •Элементарные операции статики. Эквивалентные системы сил
- •Элементарные операции статики
- •5.2. Эквивалентные преобразования. Эквивалентные системы сил. Равнодействующая
- •5.3. Обобщенная теорема Вариньона
- •6. Условия равновесия. Условия равновесия в общем и частных случаях
- •6.1. Основная лемма статики
- •6.2. Основная теорема статики (общие условия равновесия системы сил)
- •6.3. Аналитические условия равновесия произвольной системы сил (шесть уравнений статики абсолютно твердого тела)
- •6.4 Частные случаи аналитических условий равновесия
- •7. Общий признак эквивалентности двух систем сил (критерий эквивалентности)
- •8. Теория пар сил
- •8.1. Момент пары сил
- •8.2. Признак эквивалентности двух пар сил
- •8.3. Следствия из признака эквивалентности пар
- •8.4. Теорема о "сложении" пар
- •9. Приведение системы сил к заданному центру
- •9.1. Лемма о параллельном переносе силы
- •9.2. Теорема Пуансо (о приведении системы сил к заданному центру)
- •9.3. Частные случаи приведения системы сил к заданному центру
- •9.4. Инварианты системы сил
- •10. Центр параллельных сил. Центр тяжести
- •10.1. Центр системы параллельных сил
- •10.2. Центр тяжести твердого тела
- •2. Центр тяжести плоской фигуры
- •3. Центр тяжести линии
- •10.3. Статические моменты
- •10.4. Центры тяжести симметричных тел
- •10.5. Основные способы определения центра тяжести
- •11. Трение скольжения
- •11.1. Сила трения и коэффициент трения
- •11.2. Угол трения. Конус трения
6. Условия равновесия. Условия равновесия в общем и частных случаях
6.1. Основная лемма статики
Леммой называют теорему, необходимую только для доказательства другой теоремы.
Лемма.Любая система сил эквивалентна системе из двух сил, то есть любая система сил с помощью элементарных операций может быть приведена к двум силам.
Доказательство.
Предварительно
докажем лемму для трех
сил
,
,
.
Проведем
две плоскости (рис. 26); одну через силу
и точку
,
вторую через силу
и ту же точку
.
Эти
плоскости, имея общую точку
,
имеют общую прямую. На этой прямой
выберем произвольную точку
и соединим точки
и
прямыми с точками
и
,
в которых приложены силы
и
.
Разложим силы
и
на составляющие по проведенным
направлениям:
,
.
Перенесем силы
и
по их линиям действия в точку
,
а силы
и
в точку
(рис. 27). В результате получим две системы
сходящихся сил:{
}
и{
.
З
аменяем
силы
и
,
приложенные в точке
,
их геометрической суммой
,
приложенной в той же точке:
,
а силы
,
приложенные в точке
– силой
,
приложенной так же в точке
.
В результате применения только
элементарных операций система сил{
}
приведена к двум силам{
}.
Итак, заданная система сил{
}
эквивалентна двум силам{
}:
{
}~{
},
что и требовалось доказать.
Если
задана система, состоящая из
сил, то тогда, последовательно заменяя
каждые три силы двумя, уменьшаем число
сил системы. Процесс заканчивается,
когда остается только три силы.
{
}
—
сил
{
}
—сил
{
}
—сил
…… …
{
}
—силы
6.2. Основная теорема статики (общие условия равновесия системы сил)
Теорема.Для того, чтобы тело под действием системы произвольно расположенных сил находилось в равновесии необходимо и достаточно, чтобы главный вектор и главный момент относительно некоторого полюса этой системы сил были равны нулю.
Доказательство.
Необходимость.
Дано: система сил
– в равновесии.
Требуется доказать:
,
.
На
основании основной леммы статики система
с помощью элементарных операций может
быть приведена к двум силам, то есть
.
Так
как
и при этом тело под действием системы
сил
находится в равновесии, то в соответствии
с физическим свойством элементарных
операций оно будет находиться в равновесии
и под действием системы сил
.
Итак тело находится в равновесии под
действием двух сил
и
.
По первой аксиоме статики эти силы
прямопротивоположные. Значит главный
вектор системы
:
.
Главный момент этой системы сил, то есть
геометрическая сумма двух прямопротивоположных
сил относительно одного и того же полюса:
.
Так
как главный вектор и главный момент
системы
равны главному вектору и главному
моменту системы
– геометрическое свойство элементарных
операций, то
,
,
то
есть главный вектор и главный момент
относительно произвольного полюса
первоначальной системы
равны нулю.
Достаточность.
Дано:
система сил
,
главный вектор и главный момент которой:
;
.
Доказать:
тело под действием системы сил
находится в равновесии.
На
основании основной леммы статики систему
с помощью элементарных операций можно
привести к двум силам, то есть
.
У
этих систем сил равны главные векторы
и главные моменты относительно некоторого
полюса
,
– геометрическое свойство элементарных
операций. Тогда
,
.
Иными словами:
;
.
Из того, что главный вектор равен нулю,
следует, что эти две силы
и
либо прямопротивоположные, либо образуют
пару. Так как главный момент пары от
полюса не зависит и отличен от нуля, то
случай пары исключается, Поэтому силы
и
прямопротивоположные и, следовательно,
по первой аксиоме статики, тело под
действием системы сил
находится в равновесии. Под действием
первоначальной системы сил
тело также находится в равновесии, так
как элементарные операции не нарушают
состояние равновесия тела.
