какие системы сил частного вида вы знаете

Сила и система сил

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И АКСИОМЫ СТАТИКИ

Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического действия одного материального тела на другое. Всякая сила характеризуется величиной, направлением и точкой приложения. Сила – приложенный вектор.

Линия действия силы – прямая, проходящая через точку приложения силы и вдоль которой расположена сила.

Системой сил называется совокупность сил, приложенных к твердому телу. Обозначение:

Две параллельные силы, равные по величине, направленные в противоположные стороны, называются парой сил, или просто парой (рис. 1).

Две силы, равные по величине, направленные в противоположные стороны и имеющие общую линию действия, называются прямо противоположными

Система сил, линии действия которых пересекаются в одной точке, называется сходящейся системой сил (рис. 3).

Точка пересечения сил этой системы называется точкой схода.

Система сил, линии действия которых параллельны между собой, называется системой параллельных сил.

Кроме сходящихся и параллельных систем сил различают произвольные системы сил – это системы сил, линии действия которых расположены как угодно в пространстве (пространственная система сил) или на плоскости (плоская система сил).

Всякой силе ставится в соответствие свободный вектор – вектор силы. Вектором силы называется свободный вектор, параллельный силе, направленный в ту же сторону и имеющий длину, равную длине силы.

Главным вектором системы сил называется свободный вектор, равный геометрической сумме векторов сил, составляющих систему.

Обозначение: , .

Если задана система сил , то

.

Строится главный вектор как геометрическая сумма векторов. Например, на тело действует система сил (рис. 4).

Из произвольной точки строим вектор силы , из его конца строим вектор силы и так далее. Вектор , который соединяет начало вектора силы с концом вектора силы – главный вектор. Ломанная линия, получающаяся при нахождении главного вектора называется силовым многоугольником. Если начало и конец силового многоугольника совпадают, то силовой многоугольник называется замкнутым. Если силовой многоугольник замкнут, то главный вектор равен нулю.

Источник

Сила и система сил

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И АКСИОМЫ СТАТИКИ

Лекция №1

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Теоретическая механика – это наука, изучающая математические методы расчёта механизмов и сооружений. Расчет ведется не самих реальных объектов, а их моделей. Применяют графический и аналитический методы расчета.

Графический метод –основан на геометрических построениях.

Аналитический метод –основан на алгебраических расчетах.

Статика – это раздел теоретической механики, который изучает равновесие абсолютно твердых тел под действием сил.

Абсолютно твердое тело – это недеформируемое тело, в котором расстояние между любыми двумя точками всегда остается неизменным и никакие внешние воздействия не вызывают изменения его размеров и формы.

Сила – это мера механического воздействия одного тела на другое. Сила измеряется в ньютонах(Н) и является векторной величиной, то есть характеризуется 1) численным значением (модулем);

2) точкой приложения;

В графическом методе расчета силу изображают в виде вектора, в каком либо масштабе.

Пример1.1. Начертить вектор силы F = 30 кН в масштабе 1:5.

Решение. Составляем пропорцию:

Пример 1.2. Определить значение силы, если в масштабе 1:2 вектор имеет длину 3 см.

Решение: составляем пропорцию:

Силы бывают внешними и внутренними.

Внешние силы представляют собой действие одного тела на другое и

делятся на активные и реактивные.

Активные силы – стремятся вызвать перемещение тела (сила G, рис. 1.1).

Реактивные силы (реакции) – стремятся противодействовать перемещению тела под действием активных сил (сила R, рис. 1.1).

Система сил— совокупность нескольких сил, прило­женных к телу.

Сходящаяся система сил линии действия сил пересекаются в одной точке (рис. 1.2).

Эквивалентные системы сил – разные системы сил, которые ока­зывают одинаковое механическое действие на тело.

Источник

11 различных типов сил

В физике сила может быть определена как толчок или тяга на любой объект, который имеет массу. Это меняет движение объекта.

Другими словами, сила заставляет объект с массой изменить свое направление и скорость.

Два великих физика Исаак Ньютон и Галилео Галилей описали поведение сил математически. В 1638 году Галилей провел эксперимент на наклонной плоскости, который произвел революцию в способе измерения силы. Пять десятилетий спустя Ньютон разработал законы движения, которые заложили основу классической механики.

Поскольку сила имеет и величину, и направление, она является векторной величиной. Она представлена символом F и измеряется в единице СИ Ньютона (N).

Силы можно разделить на две группы в зависимости от их применения:

Чтобы лучше объяснить это явление, мы описали все различные типы сил на примерах. Давайте начнем с четырех фундаментальных сил в природе.

1. Гравитационная сила

Тип: бесконтактная сила

Величина гравитационной силы, оказываемой объектами друг на друга, «прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Чем массивнее объекты и меньше расстояние между ними, тем выше сила.

Это самая слабая из четырех фундаментальных сил, обнаруженных в природе.

Хотя гравитационная сила не оказывает существенного влияния на субатомном масштабе, она является доминирующим взаимодействием на макроскопическом масштабе и существенно влияет на формирование, строение и траекторию небесных тел.

Пример: гравитация заставляет яблоко падать с дерева; она заставляет Луну вращаться вокруг Земли; она удерживает газы на Солнце.

2. Электромагнитная сила

Тип: Бесконтактная сила

Это вид взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами. Электромагнитные поля (создаваемые движущимися электрическими зарядами) несут в себе электромагнитную силу.

Пример: Наиболее распространенным примером электромагнетизма является свет, поскольку он распространяется (излучается) в пространстве, перенося энергию электромагнитного излучения.

Следующим наиболее распространенным примером могут быть силы, действующие между электрически заряженными атомными ядрами и электронами атомов.

Протоны и нейтроны удерживаются сильным ядерным взаимодействием

Тип: Бесконтактная сила

Около 99% массы нейтрона или протона является результатом энергии сильного силового поля.

Это самая сильная сила в природе, действующая на расстоянии 1 фемтометра ( 10–15 м). Он почти в 137 раз сильнее электромагнетизма и в 100 миллиардов (10 38 ) раз сильнее, чем сила гравитации.

Радиоактивный распад частицы

Тип: Бесконтактная сила

В ядерной физике слабое взаимодействие относится к взаимодействию между субатомными частицами, которое вызывает радиоактивный распад атомов. Более конкретно, он отвечает за распад некоторых нуклонов на лептоны и другие типы адронов.

Его напряженность поля примерно в 10 13 раз меньше, чем у сильной ядерной силы. Тем не менее он значительно сильнее, чем гравитационная сила на коротких расстояниях.

Пример: Наиболее известным эффектом действия слабой силы является бета-распад (нейтронов) и связанная с ним радиоактивность. Она возникает в нескольких различных реакциях, включая сжигание Солнца и радиоуглеродное датирование.

Это четыре фундаментальные (бесконтактные) силы, из которых происходит все остальное. Они поддерживают горение звезд и вращение планет. Без них вселенная, которую мы знаем, не существовала бы, и даже если бы она существовала, это было бы совершенно другое место.

Теперь давайте перейдем к неосновным силам, которые возникают в результате прямого физического взаимодействия между двумя объектами.

5. Прикладная сила

Тип: Контактная сила

Тип: Контактная сила

Как следует из названия, это сила, которую вы применяете к объекту. Объект начинает двигаться, когда величина силы преодолевает инерцию объекта.

Тело остается в покое или в равномерном движении по прямой линии, если к ним не приложена внешняя сила, которая изменяет состояние движения и направление тела. Ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе.

Пример: Сила, приложенная к ящику человеком.

6. Сила трения

Тип: Контактная сила

Поверхностная сила, противостоящая относительному движению тела, называется силой трения. Поскольку в реальном мире ни один объект не является абсолютно гладким, всегда существует некоторое трение между двумя поверхностями. Его величина пропорциональна коэффициенту трения материала поверхности.

Двумя основными типами сил трения являются статические (сила трения о неподвижный объект) и кинетические (сила трения о движущийся объект). Сопротивление воздуха также является силой трения, которая действует на объекты, когда они перемещаются по воздуху.

Оно всегда действует в направлении, противоположном движению, и преобразует кинетическую энергию в тепловую энергию (работа в тепло). В целом, трение является критической и желательной силой, которая обеспечивает сцепление для облегчения движения по суше.

Пример: Примером трения является скольжение каботажа по столу, скольжение двух карт в колоде друг о друга и трение руки для получения тепла.

7. Нормальная сила

Тип: Контактная сила

Когда две поверхности находятся в контакте, они оказывают нормальное воздействие друг на друга. Термин «нормальный» относится к перпендикулярному. Это означает, что сила направлена ​​перпендикулярно двум контактирующим поверхностям.

Пример: когда ноутбук стоит на столе, обычная сила удерживает его от падения через стол. Гравитационная сила Земли тянет ноутбук вниз, но поскольку он на самом деле не падает, должна быть сила, постоянно толкающая его вверх. Это то, что мы называем нормальной силой.

Она исходит от электромагнитной силы: электроны ноутбука толкают электроны стола. Поскольку все электроны отрицательно заряжены, они не становятся намного ближе друг к другу, и ноутбук опирается на верхнюю часть стола.

8. Сила натяжения

Тип: Контактная сила
Сила натяжения обычно передается через провод, кабель, струну или веревку, когда она плотно натягивается силами, действующими с противоположных концов. Усилие направлено вдоль длины кабеля.

Натяжение можно также определить как действие-реакция пары сил, действующих на каждом конце кабеля. Это противоположность сжатия.

Пример: веревка, тянущая коробку или коробку, висящую на веревке, будет отличным примером натяжения (в веревке).

9. Сила упругости

Тип: Контактная сила

Способность пружины противостоять искажающему воздействию и возвращаться в исходное состояние при снятии воздействия зависит от ее материала, количества витков и диаметра проволоки, образующей витки. Как правило, эти характеристики количественно выражаются в параметре, называемом постоянной пружины «k».

Для всех пружин, подчиняющихся закону Гука, величина силы прямо пропорциональна постоянной пружины (k) и сжатой/растянутой длине (x).

Пример: Автомобильные амортизаторы изготовлены из пружин. Они предназначены для поглощения ударных импульсов путем преобразования кинетической энергии удара в другую форму энергии (например, тепло), которая затем рассеивается.

10. Центростремительная сила

Тип: Бесконтактная сила

Центростремительная сила действует на объекты, ускоряющиеся в круговом движении. Это сила, которая заставляет объект следовать по изогнутому пути.

Направление этой силы всегда направлено к фиксированной точке мгновенного центра кривизны траектории и ортогонально движению объекта.

11. Сила инерции

Тип: Бесконтактная сила

Пример: силы, которые вы испытываете в движущемся автомобиле, являются повседневными примерами сил инерции. Когда автомобиль разгоняется в переднем направлении, он толкает вас обратно на сиденье. Когда автомобиль делает резкие повороты, он бросает вас из стороны в сторону. Эти влияния возникают из-за того, что естественная система отсчета для данной ситуации сама ускоряется.

Источник

Понятие о силе и системе сил

Понятие о силе и системе сил

Сила — это мера механического взаимодействия материальных тел между собой. Взаимодействие характеризуется величиной и направлением, т.е. сила есть величина векторная, характеризующаяся точкой приложения , направлением (линией действия), величиной (модулем) (рис. 1.1). Силу измеряют в ньютонах,

Силы, действующие на тело (или систему тел), делятся на внешние и внутренние. Внешние силы бывают активные и реактивные. Активные силы вызывают перемещение тела, реактивные стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.

Внутренние силы возникают в теле под действием внешних сил.

Совокупность сил, действующих на какое-либо тело, называют системой сил.

Эквивалентная система сил — система сил, действующая так же, как заданная.

Уравновешенной (эквивалентной нулю) системой сил называется такая система, которая, будучи приложенной к телу, не изменяет его состояния.

Систему сил, действующих на тело, можно заменить одной равнодействующей, действующей так, как система сил.

Эта теория взята со страницы решения задач по предмету «техническая механика»:

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Тема 1.4. Система произвольно расположенных сил

§1. Приведение пространственной системы сил к данному центру

Произвольной плоской системой сил называется совокупность сил, линии действия которых находятся в одной плоскости.

Теорема о параллельном переносе силы. Для переноса действующей на абсолютно твердое тело силы

из точки А (рис. 1, а) в точку О прикладываем в точке О силы и

Рис.1. Произвольной плоской системой сил

Рассмотрим теперь твердое тело, на которое действует какая угодно система сил

Чтобы сложить все полученные пары, надо геометрически сло­жить векторы моментов этих пар. В результате система пар заме­нится одной парой, момент которой или

называется главным моментом системы отно­сительно этого центра.

Рис.2. Система сил

Таким образом мы доказали следующую теорему, любая система сил, действующих на абсолютно твердое тело, при приведении к произвольно взятому центру О заменяется одной силой

Векторы и обычно определяют аналитически, т.е. по их проекциям на оси координат.

Выражения для R_x, R_y, R_z нам известны. Проекции век­тора на оси координат будем обозначать M_x, M_y, M_z. По тео­реме о проекциях суммы векторов на ось будет

Окончательно для определения проекций главного вектора и главного момента получаем формулы:

При этом главный вектор пространственной системы сил: R₀ = ΣP_i отличается от главного вектора плоской системы сил только наличием третьей компоненты, поэтому его модуль будет равен:

В зависимости от значений главного вектора и главного момента, а также от их взаимного расположения возможны следующие варианты приведения пространственной системы сил:

5) R₀ ≠ 0, M₀ ≠0 и главный вектор R₀ неперпендикулярен главному моменту M₀ — система эквивалентна скрещивающимся силам или динаме.

При этом скрещивающимися называются силы, которые непараллельны и не лежат в одной плоскости, а динамой называется система, состоящая из силы и пары сил, плоскость которой перпендикулярна этой силе.

Динама, приложенная к твердому телу, стремится вызвать его винтовое движение, которое представляет совокупность вращательного и поступательного движений.

Примечание: Для пространственной системы сил, как и для плоской, справедлива следующая Теорема Вариньона: Момент равнодействующей пространственной системы сил относительно произвольного центра (оси) равен геометрической (алгебраической) сумме моментов всех сил этой системы относительно данного центра (оси).

§2.Условия равновесия произвольной пространственной системы сил

Источник