Краткие сведения о развитии статики

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 13Следующая ⇒

Научные основы статики заложены сиракузским механиком и математиком Архимедом (287 — 212 гг. до н. э.). Он предложил теорию равновесия рычага, находящегося под действием параллельных сил. Им создано учение о центре тяжести. Исследовав равновесие плавающих в жидкости тел, Архимед заложил основы гидростатики. В своих исследованиях по механике он подвел итоги существовавших до него знаний в области статики и привел их в строго логическую систему. В период средневековья в статику ничего нового не было внесено. Эпоха Возрождения ознаменовалась развитием, как статики, так и динамики. Большой вклад в геометрическую статику внес французский ученый — современник Ньютона — П. Вариньон (1654 — 1722). В завершении геометрической статики решающую роль сыграл французский ученый Л. Пуансон (1777—1859).

Основоположником аналитической статики был великий 'французский ученый Ж. Лагранж (1736 — 1813). Дальнейшее развитие аналитической статики связано с именем великого русского математика и механика М. В. Остроградского (1801 — 1861). В обосновании аксиоматики статики большую роль сыграли Н. Е. Жуковский (1847—1921), С. А. Чаплыгин (1869— 1942) и В. Г. Имшенецкий (1832-1892).

АКСИОМЫ СТАТИКИ

Статика означает равновесие, приложенных к твердому телу. В статике рассматриваются две основные задачи:

1) замена дополнительной системы сил приложенных к твердому телу другой системой сил ей эквивалентной;

2) вывод общих условий, при которых твердое тело под действием приложенных к нему сил остаются в состоянии покоя или в состоянии равномерного прямолинейного поступательного движения.

Тело называется абсолютно твердым если расстояние между любыми его точками не меняется.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Совокупность тел, в том числе и материальных точек, каким то образом связанных между собой называют системой тел. Силы взаимодействия между телами, входящими в данную систему, называют внутренними, а силы, которые действуют на данную систему другие тела – внешними.

Равнодействующей силой данной системы сил называется сила, механически эквивалентная этой системе сил. Силы, входящие в состав системы сил, называются составляющими силами. В дальнейшем равнодействующую силу будем обозначать буквой R. Уравновешивающая сила по величине равна равнодействующей силе, но направлена по той же прямой в противоположную сторону.

В статике, решая вопрос о замене системы сил, действующих на абсолютно твердое тело, другой, ей эквивалентной, или вопрос о равновесии сил, пользуются геометрическими свойствами векторов сил. Отсюда становится понятным термин «геометрическая статика». Аналитическая статика, основанная на принципе возможных перемещений, будет изложена в динамике.

Условия, при которых тело может находиться в равновесии, выводятся из нескольких основных положений применяемых без доказательств, но подтвержденных опытами, называются аксиомами статики.

Аксиома I (аксиома инерции, или первый закон Ньютона) Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или прямолинейного равномерного движения то какие-нибудь силы не выведут тело из этого состояния.

Способность тела сохранять свое состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, называется инерцией или инертностью. Инертность есть одно из основных свойств материи.

Аксиома II (аксиома взаимодействия, или третий закон Ньютона) Если одно тело действует на другое тело с некоторой силой, то второе тело одновременно действует на первое с силой равной по модулю, по противоположной по направлению.

Аксиома III (условие равновесия двух сил) Для равновесия свободного твердого тела, находящегося под действием двух сил, необходимо и достаточно чтобы эти силы были равны по модулю и действовали по одной прямой в противоположные стороны.

Аксиома IV Равновесие (как любой другое механическое состояние твердого тела не нарушится, если к нему приложить или удалить систему уравновешенных сил.

Аксиома V (аксиома параллелограмма сил) Равнодействующая двух сил, приложенных к телу в одной точке, равна по модулю и совпадает по направлению с диагональю параллелограмма, построенного на данных силах, и приложена в той же точке.

Связи и их реакции

В теоретической механике различают свободную материальную точку, свободную систему и свободное твердое тело, а также несвободную материальную точку, несвободную систему, несвободное твердое тело.

Если на движение материальной точки, системы или твердого тела не наложены наперед заданные ограничения, то материальная точка, система или твердое тело называются свободными.

В противном случае материальная точка, система или твердое тело называются несвободными. Физические условия, ограничивающие свободу движения указанных материальных объектов, называются связями.

В статике встречаются простейшие связи, осуществляемые раз
личными твердыми или гибкими телами.

Сила, с которой связь действует на рассматриваемую точку, систему или твердое тело, называется реакцией связи.

Виды связей и их реакции.

Связью может быть нить, шнур, веревка, цепь, трос и т. д. В теоретической механике принимают, что такие связи являются невесомыми, гибкими и
нерастяжимыми. Реакции этих связей направлены соответственно: по нити, веревке и т. д. В отличие от стержня, здесь Рис. 4 известна не только линия действия реакции, но и ее направление. Реакции нити, веревки и других гибких связей будем обозначать буквой Т.

Однако существуют такие связи, линии действия которых
наперед нельзя указать. К числу таких связей относится, например, неподвижный цилиндрический шарнир.

Он состоит из неподвижного цилиндрического болта (пальца), на который надевается втулка (рис. 4), имеющая цилиндрическое отверстие с диаметром, немного превышающим диаметр болта. Если тело скрепить с втулкой, то оно сможет только вращаться вокруг оси шарнира. В идеальном шарнире, в котором пренебрегают трением между поверхностями пальца и втулки, возникает только препятствие для перемещения втулки в направлении, перпендикулярном к поверхностям пальца и втулки. Поэтому реакция в идеальном шарнире направлена по нормали, т. е. по радиусу болта. В зависимости от действующих сил втулка может прижиматься к болту в любой точке. Поэтому направление реакции неподвижного цилиндрического шарнира наперед указать нельзя. Об этой реакции известно только то, что она расположена в плоскости, перпендикулярной к оси, шарнира. Схематически неподвижный шарнир изображают двумя стержнями, соединенными общим шарниром. При решении задач реакцию шарнира определяют аналитически, раскладывая ее по направлениям координатных осей. Величину проекций реакции определяют из уравнений равновесия. Аналогично поступают и в других случаях, когда направление реакции какой-то связи наперед указать нельзя.

Система сходящихся сил.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒