--> Ðàâíîâåñèå òåë. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 7. Ðàâíîâåñèå àáñîëþòíî òâ¸ðäûõ òåë

 


§ 51. Ðàâíîâåñèå òåë

    Âñïîìíèòå, ÷òî òàêîå ìîìåíò ñèëû. Ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ òåëî íàõîäèòñÿ â ïîêîå?

Åñëè òåëî íàõîäèòñÿ â ïîêîå îòíîñèòåëüíî âûáðàííîé ñèñòåìû îòñ÷¸òà, òî ãîâîðÿò, ÷òî ýòî òåëî íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè. Çäàíèÿ, ìîñòû, áàëêè âìåñòå ñ îïîðàìè, ÷àñòè ìàøèí, êíèãà íà ñòîëå è ìíîãèå äðóãèå òåëà ïîêîÿòñÿ, íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ê íèì ñî ñòîðîíû äðóãèõ òåë ïðèëîæåíû ñèëû. Çàäà÷à èçó÷åíèÿ óñëîâèé ðàâíîâåñèÿ òåë èìååò áîëüøîå ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå äëÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ, ñòðîèòåëüíîãî äåëà, ïðèáîðîñòðîåíèÿ è äðóãèõ îáëàñòåé òåõíèêè. Âñå ðåàëüíûå òåëà ïîä âëèÿíèåì ïðèëîæåííûõ ê íèì ñèë èçìåíÿþò ñâîþ ôîðìó è ðàçìåðû, èëè, êàê ãîâîðÿò, äåôîðìèðóþòñÿ.

Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ, êîòîðûå âñòðå÷àþòñÿ íà ïðàêòèêå, äåôîðìàöèè òåë ïðè èõ ðàâíîâåñèè íåçíà÷èòåëüíû.  ýòèõ ñëó÷àÿõ äåôîðìàöèÿìè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü è âåñòè ðàñ÷¸ò, ñ÷èòàÿ òåëî àáñîëþòíî òâ¸ðäûì.

Äëÿ êðàòêîñòè àáñîëþòíî òâ¸ðäîå òåëî áóäåì íàçûâàòü òâ¸ðäûì òåëîì èëè ïðîñòî òåëîì. Èçó÷èâ óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ òâ¸ðäîãî òåëà, ìû íàéä¸ì óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ ðåàëüíûõ òåë â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èõ äåôîðìàöèè ìîæíî íå ó÷èòûâàòü.

Âñïîìíèòå îïðåäåëåíèå àáñîëþòíî òâ¸ðäîãî òåëà.

Çàïîìíè
Ðàçäåë ìåõàíèêè, â êîòîðîì èçó÷àþòñÿ óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ àáñîëþòíî òâ¸ðäûõ òåë, íàçûâàåòñÿ ñòàòèêîé.

ñèëû, äåéñòâóþùèå íà òåëî ñî ñòîðîíû äðóãèõ òåë

 ñòàòèêå ó÷èòûâàþòñÿ ðàçìåðû è ôîðìà òåë, â ýòîì ñëó÷àå ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ íå òîëüêî çíà÷åíèå ñèë, íî è ïîëîæåíèå òî÷åê èõ ïðèëîæåíèÿ.

Âûÿñíèì âíà÷àëå ñ ïîìîùüþ çàêîíîâ Íüþòîíà, ïðè êàêîì óñëîâèè ëþáîå òåëî áóäåò íàõîäèòüñÿ â ðàâíîâåñèè. Ñ ýòîé öåëüþ ðàçîáü¸ì ìûñëåííî âñ¸ òåëî íà áîëüøîå ÷èñëî ìàëûõ ýëåìåíòîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ìàòåðèàëüíóþ òî÷êó. Êàê îáû÷íî, íàçîâ¸ì ñèëû, äåéñòâóþùèå íà òåëî ñî ñòîðîíû äðóãèõ òåë, âíåøíèìè, à ñèëû, ñ êîòîðûìè âçàèìîäåéñòâóþò ýëåìåíòû ñàìîãî òåëà, âíóòðåííèìè (ðèñ. 7.1). Òàê, ñèëà 1,2 — ýòî ñèëà, äåéñòâóþùàÿ íà ýëåìåíò 1 ñî ñòîðîíû ýëåìåíòà 2. Ñèëà æå 2,1 äåéñòâóåò íà ýëåìåíò 2 ñî ñòîðîíû ýëåìåíòà 1. Ýòî âíóòðåííèå ñèëû; ê íèì îòíîñÿòñÿ òàêæå ñèëû 1,3 è 3,1, 2,3 è 3,2. Î÷åâèäíî, ÷òî ãåîìåòðè÷åñêàÿ ñóììà âíóòðåííèõ ñèë ðàâíà íóëþ, òàê êàê ñîãëàñíî òðåòüåìó çàêîíó Íüþòîíà 12 = -21, 23 = -32, 31 = -13 è ò.ä.

Ñòàòèêà — ÷àñòíûé ñëó÷àé äèíàìèêè, òàê êàê ïîêîé òåë, êîãäà íà íèõ äåéñòâóþò ñèëû, åñòü ÷àñòíûé ñëó÷àé äâèæåíèÿ ( = 0).

Íà êàæäûé ýëåìåíò â îáùåì ñëó÷àå ìîæåò äåéñòâîâàòü íåñêîëüêî âíåøíèõ ñèë. Ïîä 1, 2, 3 è ò. ä. áóäåì ïîíèìàòü âñå âíåøíèå ñèëû, ïðèëîæåííûå ñîîòâåòñòâåííî ê ýëåìåíòàì 1, 2, 3, ... . Òî÷íî òàê æå ÷åðåç '1, '2, '3 è ò. ä. îáîçíà÷èì ãåîìåòðè÷åñêóþ ñóììó âíóòðåííèõ ñèë, ïðèëîæåííûõ ê ýëåìåíòàì 2, 2, 3, ... ñîîòâåòñòâåííî (ýòè ñèëû íå ïîêàçàíû íà ðèñóíêå), ò. å. '1 = 12 + 13 + ... , '2 = 21 + 22 + ... , '3 = 31 + 32 + ... è ò.ä.

Åñëè òåëî íàõîäèòñÿ â ïîêîå, òî óñêîðåíèå êàæäîãî ýëåìåíòà ðàâíî íóëþ. Ïîýòîìó ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà áóäåò ðàâíà íóëþ è ãåîìåòðè÷åñêàÿ ñóììà âñåõ ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ëþáîé ýëåìåíò. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîæíî çàïèñàòü:

1 + '1 = 0, 2 + '2 = 0, 3 + '3 = 0.                     (7.1)

Êàæäîå èç ýòèõ òð¸õ óðàâíåíèé âûðàæàåò óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ ýëåìåíòà òâ¸ðäîãî òåëà.

Ïåðâîå óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ òâ¸ðäîãî òåëà. Âûÿñíèì, êàêèì óñëîâèÿì äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü âíåøíèå ñèëû, ïðèëîæåííûå ê òâ¸ðäîìó òåëó, ÷òîáû îíî íàõîäèëîñü â ðàâíîâåñèè. Äëÿ ýòîãî ñëîæèì óðàâíåíèÿ (7.1):

(1 + 2 + 3) + ('1 + '2 + '3) = 0.

 ïåðâûõ ñêîáêàõ ýòîãî ðàâåíñòâà çàïèñàíà âåêòîðíàÿ ñóììà âñåõ âíåøíèõ ñèë, ïðèëîæåííûõ ê òåëó, à âî âòîðûõ — âåêòîðíàÿ ñóììà âñåõ âíóòðåííèõ ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ýëåìåíòû ýòîãî òåëà. Íî, êàê èçâåñòíî, âåêòîðíàÿ ñóììà âñåõ âíóòðåííèõ ñèë ñèñòåìû ðàâíà íóëþ, òàê êàê ñîãëàñíî òðåòüåìó çàêîíó Íüþòîíà ëþáîé âíóòðåííåé ñèëå ñîîòâåòñòâóåò ñèëà, ðàâíàÿ åé ïî ìîäóëþ è ïðîòèâîïîëîæíàÿ ïî íàïðàâëåíèþ. Ïîýòîìó â ëåâîé ÷àñòè ïîñëåäíåãî ðàâåíñòâà îñòàíåòñÿ òîëüêî ãåîìåòðè÷åñêàÿ ñóììà âíåøíèõ ñèë, ïðèëîæåííûõ ê òåëó:

1 + 2 + 3 + ... = 0.                     (7.2)

Çàïîìíè
 ñëó÷àå àáñîëþòíî òâ¸ðäîãî òåëà óñëîâèå (7.2) íàçûâàþò ïåðâûì óñëîâèåì åãî ðàâíîâåñèÿ.

Îíî ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì, íî íå ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íûì.

Èòàê,

Âàæíî
åñëè òâ¸ðäîå òåëî íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè, òî ãåîìåòðè÷åñêàÿ ñóììà âíåøíèõ ñèë, ïðèëîæåííûõ ê íåìó, ðàâíà íóëþ.

Åñëè ñóììà âíåøíèõ ñèë ðàâíà íóëþ, òî ðàâíà íóëþ è ñóììà ïðîåêöèé ýòèõ ñèë íà îñè êîîðäèíàò.  ÷àñòíîñòè, äëÿ ïðîåêöèé âíåøíèõ ñèë íà îñü ÎÕ ìîæíî çàïèñàòü:

F1x + F2x + F3x + ... = 0.                     (7.3)

Òàêèå æå óðàâíåíèÿ ìîæíî çàïèñàòü è äëÿ ïðîåêöèé ñèë íà îñè OY è OZ.

Îêîí÷àíèå >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->