- •1.Статика на площині
- •1.1. Система збіжних сил
- •1.2. Довільна система сил на площині
- •1.3. Розрахунок складених конструкцій. Рівновага сил при наявності тертя ковзання
- •1.4. Розрахунок найпростіших плоских ферм
- •2. Статика в просторі
- •2.1. Система збіжних сил
- •2.2. Зведення довільної просторової системи сил до центра.
- •2.3. Довільна система сил в просторі
- •3. Центр ваги однорідної плоскої фігури
- •Література
- •1.Статика на площині ………………………………………………………….....3
- •1.1. Система збіжних сил…..………………………………………………….3
- •2.1. Система збіжних сил ……………………………………………………25
1.2. Довільна система сил на площині
1.2.1. Якщо система сил еквівалентна нулю, то кажуть, що система сил зрівноважена, тобто тіло під її дією знаходиться в рівновазі.
Для
рівноваги довільної системи сил на
площині необхідно і достатньо, щоб
головний вектор
та головний момент Mo
цієї системи відносно довільного центра
O одночасно дорівнювали нулю:
;
.
(1.3)
Виходячи з умов (1.3), отримуємо рівняння рівноваги довільної системи сил на площині, які можна записати в трьох рівноправних формах.
Перша (основна) форма умов рівноваги: для рівноваги довільної системи сил на площині необхідно та достатньо, щоб алгебраїчні суми проекцій всіх сил на кожну з двох координатних осей X,Y та алгебраїчна сума моментів цих сил відносно довільної точки О, що лежить в площині дії сил, дорівнювали нулю:
;
;
;
(1.4)
Друга форма умов рівноваги:
;
;
;
.
(1.5)
Третя форма умов рівноваги (A,B,C довільні точки площини, які не лежать на одній прямій):
(1.6)
Таким чином незалежних рівнянь рівноваги три, будь-яке інше використовується для перевірки розв’язку задачі.
1.2.2.
Моментом сили
відносно деякої точки О називають
добуток модуля сили на її плече відносно
цієї точки, взятий зі знаком “плюс”
або “мінус”:
.
(1.7)
Плечем
сили відносно точки О називають довжину
перпендикуляра, який опускають з точки
О на лінію дії сили.
М
омент
сили
вважається додатним, якщо сила
намагається повернути тіло відносно
точки О в напрямку проти
годинникової
стрілки (рис.1.5,сила
),
та від’ємним – за
годиниковою
стрілкою (рис.1.5, сила
).
Якщо
лінія дії сили проходить через точку
О, то h=0 і момент сили відносно цієї точки
дорівнює нулю (рис.1.5, сила
).
1
.2.3.
Дві рівні за модулем антипаралельні
сили, що не лежать на одній прямій,
утворюють пару
сил (рис.1.6).
Моментом пари сил називають добуток однієї з сил пари на найкоротшу віддаль (плече) між силами, що утворюють пару.
Я
момент пари вважається додатним, в протилежному випадку – від’ємним:
.
(1.8)
Слід пам’ятати, що пара сил не може бути зрівноважена однією силою і що пару сил можна переносити в будь-яке положення в площині її дії; крім того у пари сил можна міняти модулі сил пари так, щоб алгебраїчний момент пари залишався незмінним. Зауважимо також, що алгебраїчна сума проекцій сил, що утворюють пару, на будь-яку вісь рівна нулю, і таким чином в рівняння проекцій сил момент пари сил не входить.
1.2.4. При визначенні реакцій в’язей розподілене навантаження замінюють
зосередженою силою; на рис 1.7 наведені два основних випадки такої заміни:
1.2.5.
Силу, яка діє на тіло під деяким кутом
,
бажано розкладати на складові, які
паралельні координатним осям (рис.1.8)
та потім застосовувати теорему
Вариньйона: момент
рівнодійної відносно деякої точки
дорівнює алгебраїчній сумі моментів
складових сил відносно цієї ж точки.
Такий підхід спрощує розрахунок, бо не
треба шукати плече h, що добре видно для
випадку на рис.1.8:
.
Приклад
1.2. На консольну
балку АС (рис.1.9,а) діє сила
,
пара сил з моментом М
та рівномірно розподілене навантаження
інтенсивністю
.
Визначити реакції опор А та В, якщо
відомо, що F=2кH,
M=5кHм,
=3
кH/м, а=2м, b=3м, с=1м.
Р
озв’язання.
Розглянемо
рівновагу балки АС: в’язями для неї є
шарнірно-рухома опора В, напрям реакції
якої відомий (перепенди-кулярно до
поверхні, по якій рухається опора В) та
шарнірна нерухома опора А, напрям реакції
якої заздалегідь невідомий, тому
представляємо її у вигляді двох складових
,
.
Відкидаємо в’язі і замінюємо їх дію на
балку реакціями в’язей
,
,
(рис.1.9,б); прикладаємо до балки активні
сили
,
(
)
та пару сил з моментом М. На рис.1.9,б
зображена розрахункова схема та вибрана
нами система координат XAY. На балку діє
плоска довільна система сил, незалежних
рівнянь рівноваги три (п.1.2.1), невідомих
також три (
,
,
),
задача статично означена.
Складаємо рівняння рівноваги:
;
;
;
;
;
.
З другого рівняння визначаємо :
(кH).
З
першого рівняння
(кH), а з останнього маємо:
(кH).
Перевіримо отримані результати:
Реакції
опор знайдено правильно. Знаки “плюс”
свідчать про те, що реакції
, , напрямлено на рис.1.9, б правильно.
Відповідь:
кH;
кH;
кH.
Приклад
1.3. Рама АВС
(рис.1.10,а) жорстко защемлена кінцем А.
На неї діють сила
,
розподілене навантаження за лінійним
законом, інтенсивність якого змінюється
від q
до 2q,
та пара сил з моментом М.
До точки С
прив’язано трос, який перекинуто через
блок D: на кінці троса прив’язано тягар
Р. Нехтуючи тертям у блоці, визначити
складові реакції жорсткого защемлення
А, якщо
кH,
кH,
кHм,
кH/м,
м,
м,
.
Розв’язання. Розглянемо рівновагу рами АВС, в’яззю для якої є жорстке защемлення А: звільняємось від в’язі, дію якої заміняємо трьома складовими
,
,
,
бо напрям реакції опори А заздалегідь
невідомий.
Сила
натягу троса
за величиною дорівнює Р, бо тертям у
блоці нехтуємо згідно з умовою задачі.
Сила
напрямлена вздовж гнучкої в’язі (троса),
яка завжди розтягнута. Розподілене
навантаження розбиваємо (пунктир на
рис 1.10,а) на рівномірно розподілене
інтенсивності q
та лінійно
розподілене навантаження, які замінюємо
силами
,
відповідно (див. п.1.2.4). Сила
(
кH) прикладена посередині стояка АК, а
сила
(
кH) на віддалі
від
точки К. Для зручності обчислення моменту
від сили
її розкладено на складові
і
,
що дозволяє в подальшому застосовувати
теорему Вариньйона (п.1.2.5). Розрахункова
схема та вибір осей зображено на рис.
1.10,б. На раму діє плоска довільна система
сил, незалежних рівнянь рівноваги три,
стільки ж невідомих (
,
,
)
і задача статично означена.
Складаємо рівняння рівноваги:
;
;
;
;
;
.
В останньому рівнянні за моментну точку взята точка А, що дає можливість отримати рівняння з одним невідомим : сила, що проходить через точку,
момента відносно неї не дає (п.1.2.2).
Розв’яжемо систему рівнянь (Т=Р), в кожному з яких по одному невідомому:
(кH);
(кH);
(кHм).
Перевірка розрахунку:
.
Реакції знайдено правильно.
Відповідь:
кH;
кH;
кHм;
знаки “мінус” у
та
свідчать про те, що напрями
та
є протилежними зображеним на рис.1.10,б.
