-->
|
|
|
Ãëàâà 7. Ðàâíîâåñèå àáñîëþòíî òâ¸ðäûõ òåë § 51. Ðàâíîâåñèå òåë
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.
 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
Íà êàæäûé ýëåìåíò â îáùåì ñëó÷àå ìîæåò äåéñòâîâàòü íåñêîëüêî âíåøíèõ ñèë. Ïîä 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:
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): (  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:
Îíî ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì, íî íå ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íûì. Èòàê,
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.
|
|
|