- •Раздел I. Статика
- •Глава 1. Основные понятия и аксиомы статики
- •Введение: предмет, метод, место среди естественных наук и границы применимости теоретической механики
- •1.2 Сила, система сил, эквивалентная система сил и уравновешенная система сил
- •1.3 Аксиомы статики и некоторые следствия из них
- •1.4 Исследование связей и установление направления их реакций
- •Глава 2. Приведение пространственной и плоской систем сходящихся сил к равнодействующей
- •2.1 Геометрический метод определения равнодействующей
- •Пространственной и плоской систем сходящихся сил
- •2.2 Условие равновесия пространственной и плоской систем сходящихся сил в геометрической форме
- •2.3 Разложение силы на сходящиеся составляющие
- •2.4 Проекции силы на ось и на плоскость
- •2.5 Определение силы по ее проекциям на координатные оси
- •2.6 Аналитический метод определения равнодействующей пространственной и плоской систем сходящихся сил
- •2.7 Условия равновесия пространственной и плоской систем сходящихся сил в аналитической форме. Указания к решению задач
- •2.8. Момент силы относительно точки. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей
- •Глава 3. Система параллельных сил и теория пар, как угодно расположенных в одной плоскости
- •3.1 Приведение систем двух параллельных сил, направленных
- •В одну сторону, к равнодействующей
- •3.2 Приведение системы двух неравных по модулю параллельных сил, направленных в противоположные стороны, к равнодействующей
- •3.3 Пара сил. Момент пары сил
- •3.4 Эквивалентность пар
- •3.5 Сложение пар, расположенных в одной плоскости. Условие равновесия пар
- •Глава 4. Произвольная плоская система сил
- •4.1 Теорема о параллельном переносе силы. (Метод Пуансо)
- •4.2. Приведение произвольной плоской системы сил к одной силе и к одной паре
- •4.3 Приведение произвольной плоской системы сил к равнодействующей
- •4.4 Теорема Вариньона о моменте равнодействующей произвольной плоской системы сил. Условие равновесия рычага
- •4.5 Приведение произвольной плоской системы сил к одной паре
- •4.6 Условия равновесия произвольной плоской системы сил
- •4.7 Условия равновесия плоской системы параллельных сил
- •4.8 Указания к решению задач
- •4.9 Равновесие сочлененной системы тел
- •Глава 5. Трение скольжения и качения
- •5.1 Трение скольжения
- •5.2 Трение качения
- •5.3 Понятие о ферме
- •5.4 Способ вырезания узлов
- •5.5. Способ разрезов фермы
- •Глава 6. Произвольная пространственная система сил и теория пар, как угодно расположенных в пространстве
- •6.1 Момент силы относительно точки как вектор
- •6.2 Момент силы относительно оси
- •6.3. Зависимость между моментом силы относительно оси и моментом силы относительно точки, лежащей на этой оси
- •6.4 Аналитическое выражение моментов силы относительно координатных осей
- •6.5 Теорема о переносе пары в другую плоскость, параллельную плоскости действия этой пары
- •6.6 Момент пары как вектор
- •6.7 Условие эквивалентности двух пар
- •6.8 Сложение пар, лежащих в разных плоскостях. Условие равновесия пар
- •6.9 Приведение произвольной пространственной системы сил к одной силе и к одной паре
- •6.10 Изменение главного вектора-момента при перемене центра приведения
- •6.11 Инварианты произвольной пространственной системы сил
- •6.12 Приведение произвольной пространственной системы сил к динамическому винту
- •6.13 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к равнодействующей. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей
- •6.14 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к паре
- •6.15 Условия равновесия произвольной пространственной системы сил. Случай пространственной системы параллельных сил
- •6.16 Равновесие твердого тела с одной и с двумя закрепленными точками. Указания к решению задач
- •Глава 7. Центр тяжести
- •7.1 Приведение системы параллельных сил к равнодействующей. Центр параллельных сил
- •7.2 Центр тяжести
- •7.3 Способы определения координат центров тяжести тел
- •7.4 Центр тяжести некоторых линий, площадей и объемов
- •7.5 Графическое определение положения центра тяжести плоских фигур
6.13 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к равнодействующей. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей
В результате
приведения произвольной пространственной
системы сил может оказаться, что скалярное
произведение
равно нулю, а каждый из сомножителей
отличен от нуля, т. е.
,
но
и
.
Т
ак
как
,
то
и, следовательно, сила и пара, к которым
приводится данная система сил, лежат в
одной плоскости (рисунок 107,а).
Преобразуем эту пару следующим образом.
Возьмем силы
и
,
составляющие пару, равными по модулю
.
При этом плечо этой пары придется взять
равным
.
Расположим пару так, чтобы одна из сил
этой пары (на рисунке 107,б
она обозначена через
)
была бы приложена в точкеО
и была бы направлена в сторону,
противоположную направлению главного
вектора
.
Другая сила той же пары
равна главному вектору
и приложена в точкеА,
лежащей на перпендикуляре к
и
.
Силы
и
взаимно уравновешиваются. Остается
одна сила
,
приложенная в точкеА.
Следовательно, если
,
но
и
,то данная
система сил приводится к одной
равнодействующей
,
равной главному вектору
этой системы сил и приложенной в точке
А, лежащей на перпендикуляре к векторам
и
на расстоянии
.
Если
,
но, то
систем сил, очевидно, также приводится
к одной равнодействующей
,
линия действия которой проходит через
центр приведения О.
Следует при этом иметь в виду, что
свободное тело под действием такой
системы сил может совершать только
поступательное движение (при
этом необходимо, чтобы центр приведения
совпал с центром тяжести тела и чтобы
в начальный момент скорости всех точек
этого тела были векторно равны).
Докажем теперь следующую теорему Вариньона о моменте равнодействующей: если данная система сил, как угодно расположенных в пространстве, приводится к равнодействующей, то вектор-момент этой равнодействующей относительно любого центра равен векторной сумме векторов-моментов всех сил этой системы относительно того же центра.
Пусть вектор
есть равнодействующая данной системы
сил, приложенная в точкеА
(рисунок 108, б).
Перенесем равнодействующую
в произвольную точкуО
(рисунок 108, а).
Тогда вследствие перенесения вектора
в другую точку появится пара (
,
),
вектор-момент
которой будет равен вектору-моменту
равнодействующей
,
приложенной в точкеА,
относительно точки О,
т. е.
. (1)
С другой стороны,
если бы мы взяли за центр приведения
сразу точку О
(рисунок 108, а),
то данная система сил привелась бы к
главному вектору
и главному
вектору-моменту
,
перпендикулярному главному вектору
и равному векторной сумме векторов-моментов
всех сил системы относительно центра
приведенияО,
т. е.

. (2)
Сравнивая правые части равенств (1) и (2), получим теорему Вариньона
, (3)
что и требовалось доказать.
6.14 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к паре
Е
сли
главный вектор
системы сил, не лежащих в одной плоскости,
равен нулю, а главный вектор-момент
относительно произвольно выбранного
центра приведения О не равен нулю, т. е.
,а
,
то заданная система сил приводится к
одной паре с вектором-моментом
(рисунок 109). В этом случае главный момент
системы не изменяется с изменением
центра приведения, т. е. относительно
любого центра приведения главный момент
будет равен
.
Действительно,
согласно формуле (2, §40) и условию
,
имеем
,
следовательно,
.
Следует при этом иметь в виду, что свободное твердое тело под действием такой системы сил может (но не всегда) совершать только вращательное движение.
