- •Н.В. Ершов д.А. Смирнов статика. Кинематика.
- •Часть I
- •© Ершов н.В., Смирнов д.А., 2006 Содержание
- •1. Пояснительная записка
- •2. Рабочая программа дисциплины Ведомость числа часов по рабочим учебным планам
- •Тема 1. Основные понятия и аксиомы статики. Сила и пара сил. Абсолютно твердое тело. Аксиомы статики. Связи и реакции связей.
- •Типы опор (связей)
- •Тема 2. Система сходящихся сил
- •Тема 3. Момент силы и пары сил
- •Тема 4. Система пар сил
- •Момент пары как вектор
- •Тема 5. Приведение системы сил к центру
- •Распределенные нагрузки
- •Тема 6. Плоская система сил
- •Тема 7. Пространственная система сил
- •Тема 8. Центр параллельных сил и центр тяжести.
- •Тема 9. Кинематика точки
Тема 7. Пространственная система сил
Пусть
на тело действует произвольная система
сил
,
,
…,
,
расположенных в пространстве (рис.
36,а).
Возьмем произвольную точку
,
которую назовемцентром
приведения,
и по аналогии, как и для плоской системы,
приведем все эти силы к центру
(рис. 36,б).
В результате в центре
получаем:
Систему сходящихся сил, складывая которые получаем главный вектор системы
.Пространственную систему присоединенных пар, вектора – моменты которых равны:
,
,
…,
.
33
Сложим
геометрически вектора – моменты
присоединенных пар. В результате система
пар заменится одной парой, вектор –
момент которой будет равен
или
.
Величина
,
равная геометрической сумме векторов
– моментов всех сил относительно центра
,
называетсяглавным
моментом системы сил относительно этого
центра.

Определим проекции этих двух векторов на координатные оси:
,
,
,
.
Направление
главного вектора
определяют направляющие косинусы :
.
,
,
,
34
.
Направление
главного момента
определяют направляющие косинусы:
.
Рассмотрим теперь, к каким простейшим видам можно привести пространственную систему сил.
Если для данной системы сил
,
а
,
то онаприводится
к одной паре
с моментом
.
Причем в этом случае величина
не зависит от центра приведения, так
как иначе мы получили бы, что одна и та
же система сил заменяется разными, не
эквивалентными друг другу. парами, что
невозможно.Если для данной системы сил
,
то здесь появляются следующие варианты
приведения:
а)
,
.
В этом случае система сразу заменяетсяравнодействующей,
которая в данном случае будет равна
главному вектору системы и проходит
через точку
.
б)
,
и
.
В этом случае система также заменяетсяравнодействующей,
которая будет равна главному вектору
системы, но проходить она будет не через
точку
,
а через точку
.
Покажем, что это действительно так и
определим положение точки
.
Пусть в результате приведения, система
привелась к главному вектору
и главному моменту
относительно центра
(рис. 37,а).
Пару
сил изобразим силами
и
,
причем эти силы подбираем таким образом,
чтобы у нас выполнялись равенства:
,
(рис. 37,б).
35
Затем
отбрасываем силы
и
как уравновешенные и получаем, что
система заменяется равнодействующей
,
но проходящей через точку
(рис. 37,в).
Положение точки
определится соотношением
.
Приведение к динамическому винту. Если в результате приведения система привелась и к главному вектору и главному моменту, причем угол между ними либо
,
либо
,
т.е. эти вектора коллинеарные, то такая
система называетсядинамическим
винтом.
Покажем,
что если угол
,
то систему всегда можно привести к
динамическому винту. Рассмотрим такой
случай (рис. 38,а).
Разложим
на две взаимоперпендикулярные
составляющие:
,
которая направлена, перпендикулярна
плоскости
,
и
,
которая лежит в плоскости
.

Заменяя
вектора
и
по процедуре, описанной в п. 2, получаем
вектор
,
но проходящий не через точку
,
а точку
(рис. 38,б).
Вектор
можно свободно переносить в плоскости
,
используя свойства пар сил. Поэтому
переносим
параллельно самому себе в точку
.
В результате получаем два коллинеарных
вектора
и
,
которые и образуют динамический винт
(рис. 38,в).
4.
Приведение к равновесию. Если для данной
системы сил
и
,
то она находится вравновесии.
,

36
,
,
,
(10)
,
,
.
Получили шесть условий равновесия: для равновесия произвольной пространственной системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы
проекций всех сил на каждую из координатных осей а также суммы моментов этих сил относительно каждой из координатных осей были равны нулю.
