Сила – это количественная мера механического взаимодействия тел, определяющая интенсивность и направление этого взаимодействия.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

В результате этого взаимодействия может происходить изменение кинематического состояния материальных тел, т.е. не только изменение их положения в пространстве, но и изменение скоростей точек тела. Это определение ускоряющего свойства силы будет развито в динамике. В задачах статики мы будем понимать под силой действие одного тела на другое, выражающееся в виде давления, притяжения или отталкивания.

Простейшим примером силы является сила тяжести. Эта сила, с которой всякое тело притягивается Землей, в результате чего несвободное тело оказывает на свою опору давление (статическое действие силы), а, будучи свободным, падает на Землю с ускорением g (динамическое действие силы).

Рис. 1

Сила – величина векторная, поэтому графически изображается вектором (рис. 1). Обычно начало или конец вектора совпадает с точкой приложения силы; прямая, вдоль которой направлен вектор, изображающий силу, называется линией действия силы; стрелка на конце вектора показывает, в какую сторону действует сила.

Длина вектора в принятом масштабе определяет численную величину (модуль) силы.

Таким образом, действие силы на тело определяется тремя факторами: численным значением (модулем), направлением вдоль линии действия и точкой приложения.

Замечание: на приведенных рисунках векторы сил условимся обозначать буквами F, R, G, и др. без стрелки (черты) сверху, так как изображение силы отрезком прямой со стрелкой на конце и есть вектор силы.

Точка приложения силы и точка приложения составляющих этой силы одна и та же. При разложении силы на составляющие необходимо выделить точку приложения.

Модуль или численное значение силы в системе СИ измеряется в ньютонах (Н). Иногда используют техническую систему МКГСС – килограмм-сила (кГс). 1 кГс = 9, 81Н или 1Н ≈ 0.1 кГс.

мега (М) – 10⁶ кило (к) – 10³ гекто (г) – 10² дека (да) – 10

деци (д) – 10^-1 санти (с) – 10^-2 милли (м) – 10^-3 микро (мк) – 10^-6

Силы, действующие на твердое тело (или систему тел), делятся на внешние и внутренние силы.

Внешними называются силы (нагрузки), действующие на частицы данного тела (или на тела системы) со стороны других материальных тел ( F ^е). По условиям приложения различают нагрузки объемные и поверхностные. Объемными называются силы, распределенные по всему объёму тела. К объемным силам относятся: силы тяжести, силы инерции и магнитные воздействия и т.п.

Если внешние силы являются результатом непосредственного взаимодействия тела с другими телами (твердыми, жидкими или газообразными), то они прикладываются только по площадкам контакта и называются поверхностными.

Внутренними называются силы, с которыми частицы данного тела действуют друг на друга ( F ⁱ).

Поверхностные силы делятся на сосредоточенные силы и равномерно (неравномерно) распределённую нагрузку.

Сила, приложенная к телу в какой-нибудь одной его точке, называется сосредоточенной. Понятие о сосредоточенной силе является условным, так как практически приложить силу к телу в одной точке нельзя. Силы, которые в механике рассматриваются как сосредоточенные, представляют собою по существу равнодействующие некоторых систем распределённых сил.

Силы могут быть распределены по поверхности тела (например, давление газа в сосуде, снеговая нагрузка на кровлю здания, ветровая нагрузка, давление жидкости в резервуаре и др.) и по его длине (например, вес балки условно можно считать равномерно распределённым по его длине).

Распределённая нагрузка может быть:

а) силой, равномерно распределенной по прямой (рис. 2) – равномерно распределённая нагрузка. Для такой системы сил интенсивность нагрузки q имеет постоянное значение. (q – интенсивность сплошной нагрузки (плотность распределения силы), она имеет размерность силы, деленной на длину [Н/м]). Принято условно изображать распределенную нагрузку над брусом, если она действует сверху вниз, и изображать под брусом, если она действует снизу вверх. При статических расчетах эту систему сил можно заменить равнодействующей Q. По модулю Q = q× l. Приложена сила Q в центре тяжести участка.

Рис. 2

б) силой, распределенной вдоль отрезка прямой по линейному закону – неравномерно распределённая нагрузка.

Рис. 3

В этом случае равнодействующая сила определяется как площадь треугольника по формуле:

Линия действия равнодействующей смещается в сторону больших значений интенсивности и проходит через центр тяжести площади треугольника, (пересечение медиан), который находится на расстоянии l/3 от стороны ВС эпюрного треугольника АВС. Примером такой нагрузки может служить силы давления воды на плотину, имеющие наибольшее значение у дна и падающие до нуля у поверхности воды.

В задачах, где распределенная нагрузка изменяется по трапециевидному закону, ее можно заменить одной сосредоточенной силой, проходящей через центр тяжести трапеции и равной по модулю площади трапеции, или разбить трапецию на треугольник и прямоугольник, после чего для каждой из частей найти равнодействующую, т.е. заменить трапецию двумя сосредоточенными силами.

в) общий случай - неравномерная криволинейно распределенная нагрузка.

Рис. 4

Равнодействующую сплошной нагрузки получаем интегрированием по длине участка:

;

Точка приложения сосредоточенной силы Q:

Внешние силы бывают активные и реактивные. Активные силы (нагрузка) вызывают перемещение тела, реактивные стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒