- •Статика Лекция 1. Основные понятия и аксиомы статики. Система сходящихся сил
- •1.1. Основные понятия статики
- •1.2. Аксиомы статики
- •1.3. Связи и их реакции
- •1.4. Система сходящихся сил
- •1.5. Условия равновесия системы сходящихся сил
- •1.6. Решение задач статики
- •Лекция 2. Теория пар
- •2.1. Момент силы относительно точки и оси
- •2.2. Пара сил и ее момент
- •2.3. Теоремы о парах
- •2.4. Условия равновесия системы пар сил
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 3. Основная теорема статики и условия равновесия пространственной системы сил
- •3.1. Лемма о параллельном переносе силы
- •3.2. Основная теорема статики
- •3.3. Приведение системы сил к двум силам
- •3.4. Условия равновесия пространственной системы сил
- •3.5. Теорема Вариньона
- •3.6. Условия равновесия плоской системы сил
- •Кинематика Лекция 4. Кинематика точки
- •4.1. Некоторые определения
- •4.2. Способы задания движения точки
- •4.3. Определение скорости точки
- •4.4. Определение ускорения точки
- •4.5. Частные случаи движения точки
- •Лекция 5. Простейшие движения твердого тела
- •5.1. Поступательное движение твердого тела
- •5.2. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси
- •5.3. Угловая скорость твердого тела
- •5.4. Угловое ускорение твердого тела
- •5.5. Частные случаи вращательного движения
- •5.6. Скорость и ускорение точки тела, вращающегося вокруг
- •Лекция 6. Сложное движение точки
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Определение абсолютной скорости точки
- •6.3. Определение абсолютного ускорения точки
- •Лекция 7. Плоское движение твердого тела
Лекция 2. Теория пар
2.1. Момент силы относительно точки и оси
Моментом силы относительно точки O называют величину, равную векторному произведению радиус-вектора , проведенного из точки O в точку приложения силы (рис. 2.1), на эту силу
. (2.1)
Этот вектор приложен в точке O и направлен перпендикулярно плоскости, содержащей векторы и в ту сторону, откуда вращение тела, вызываемое силой вокруг точки O, представляется происходящим против часовой стрелки.
Модуль момента
, (2.2)
где – плечо силы относительно точки O, равное расстоянию от этой точки до линии действия силы . Из формулы (2.2) следует, что , если h = 0, т.е. если линия действия силы проходит через точку О.
Обозначим через x, y, z координаты точки приложения силы, – проекции силы на координатные оси. Тогда момент силы можно представить следующим образом
, (2.3)
откуда следует, что проекции момента силы на координатные оси равны
. (2.4)
Моментом силы относительно оси называют величину, равную проекции на эту ось момента силы, взятого относительно некоторой точки оси
. (2.5)
Момент силы относительно оси не зависит от выбора точки O на оси, так как ни одна из величин в правой части формулы (2.5) не зависит от положения начала координат при параллельном перемещении осей x и y.
Проекцией силы на плоскость называют вектор, начало и конец которого совпадают с проекциями начала и конца вектора силы на эту плоскость. На рис. 2.2 показана проекция силы на плоскость xОy. Так как проекции сил и , а также точек их приложения на оси x и y одинаковы, момент силы относительно точки O может быть вычислен по формуле (2.3), где следует положить, что z = 0 и ,
.
Этот момент направлен вдоль оси z, а его проекция на эту ось совпадает с моментом силы относительно оси z:
где h – плечо силы относительно точки O.
Таким образом, можно сформулировать следующее правило вычисления момента силы относительно оси z:
1) выберем на оси z произвольную точку и построим плоскость, перпендикулярную этой оси;
2) спроецируем силу на эту плоскость;
3) определим плечо проекции силы;
4) вычислим момент силы относительно оси z по формуле
. (2.6)
В формуле (2.6) знак «плюс» ставим в том случае, если с положительного направления оси z поворот тела вокруг этой оси виден направленным против часовой стрелки, знак «минус» – в противном случае. Аналогично вычисляют моменты силы относительно других координатных осей.
Из формулы (2.6) следует, что момент силы относительно оси равен нулю в двух случаях:
1) если сила параллельна оси, т.е. проекция = 0;
2) если линия действия силы пересекает ось, т.е. плечо h = 0.
Оба случая можно объединить: момент силы относительно оси равен нулю тогда и только тогда, когда линия действия силы и ось лежат в одной плоскости.