Глава 1. Основные положения статики

Общие сведения

Материальной точкой называют геометрическую точку, обладающую массой.

Абсолютно твердым телом называют такое материальное тело, в котором расстояние между любыми двумя точками всегда остается неизменным.

Способность тел сопротивляться изменению их формы и размеров называется жесткостью.

Мера механического действия одного материального тела на дру­гое называется силой. Сила - величина векторная. Она определяет­ся, во-первых, числовым значением (модулем), во-вторых, точкой приложения (местом контакта взаимодействующих тел), в-третьих, направлением действия.

В Международной системе единиц (СИ) сила выражается в ньюто­нах (сокращенное обозначение Н). 1Н – небольшая сила, поэтому часто употребляют кратные единицы – килоньютон (1 кН = 10³ Н) и меганьютон (1 МН = 10⁶ Н).

Как всякий вектор, силу можно изобразить графически в виде направленного отрезка.

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Несколько сил, действующих на какое-либо одно твердое тело, называется системой сил.

Силы, действующие на твердое тело со стороны других тел, на­зываются внешними. Силы, действующие на материальные точки твер­дого тела со стороны других точек того же тела, называются внутренними.

 

Аксиомы статики

 

Аксиома 1 (принцип инерции). Всякая изолированная ма­териальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока приложенные силы не выведут ее из этого состояния.

Состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения точки называют равновесием.

Аксиома 2 (условие равновесия двух сил). Две силы, приложенные к твердому телу, образуют уравновешенную систему только тогда, когда они равны по модулю и действуют вдоль одной прямой в противоположные стороны.

Аксиома 3 (принцип присоединения и исключения уравновешенных сил). Действие данной системы сил на твердое тело не изменится, если к ней прибавить или от нее отнять уравновешенную систему сил.

Следствие 1. Силу, приложенную к твердому телу, мож­но переносить вдоль линии ее действия в любую другую точку, действие силы на тело при этом не нарушится.

Свойство вектора силы справедливо только в теоретической ме­ханике (механике абсолютно твердого тела).

Аксиома 4 (правило параллелограмма). Две приложенные к точке тела силы имеют равнодействующую, приложенную в той же точке и равную диагонали параллелограмма, построенного на этих силах, как на сторонах.

Две силы и приложены к разным точкам тела, но линии их действия лежат в одной плоскости.

Аксиома 5 (закон действия и противодействия). Силы взаимодействия двух твердых тел друг на друга равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны.

Аксиома 6 (принцип отвердевания). Если деформируемое тело находится в равновесии, то равновесие этого тела не нарушится, если, не изменяя формы, размеров, положения в пространстве, оно превратится в абсолютно твердое тело, т.е. затвердеет.

 

Связи и их реакции

 

Твердое тело называется свободным, если оно может перемещаться в пространстве в любом направлении. В качестве примера свободного тела приведем летящий воздушный шар или ракету в космосе. Твердое тело называется несвободным, если его перемещение в пространстве ограничено какими-либо другими телами.

Все тела, которые, так или иначе ограничивают перемещение данного тела, называются его связями.

Задача определения реакций связей – одна из основных задач статики.

Некоторые разновидности связей и правила определения их реакций.

1. Свободное опирание тела о связь. Тело изображено в виде бруска, а связь заштрихована.

2. Гибкая связь. Реакции нитей или цепей всегда направлены вдоль самих связей в сторону от тела к связи.

3. Стержневая связь. Реакции стержневых связей направлены вдоль прямой, проходящей через оси концевых шарниров.

4. Шарнирно-подвижная опора представляет собой видоизменение свободного опирания.

5. Шарнирно-неподвижная опора дает возможность телу свободно поворачиваться около шарнира, но препятствует поступательному перемещению тела в любом направлении, перпендикулярном оси шарнира.

6. Глухая заделка (жесткое защемление). Исключает любое перемещение тела.