Равновесие сходящейся системы сил.

Система сил называется сходящейся, если линии действия всех сил проходят через одну точку (рис.29).

Для равновесия сходящейся системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы проекций всех сил системы на выбранные координатные оси равнялись нулю.

 

для плоской сходящейся системы сил:

1.5. МОМЕНТЫ СИЛ И ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ НИМИ.

 

Моменты сил являются мерой вращательного действия сил на тело.

 

1.5.1. Вектором момента силы относительно центра О называется вектор mO(), приложенный в этом центре, направленный перпендикулярно плоскости, в которой лежат центр и сила, в ту сторону, откуда поворот силы вокруг центра виден против часовой стрелки, и равный по модулю произведению модуля силы на плечо (рис.5).

Плечом силы относительно центра называется кратчайшее расстояние h между центром O и линией действия силы F.

Следовательно, модуль вектора-момента силы равен . (Нм или Кн.м)

Так как h является высотой треугольника ОАВ, то , где SОАВ - площадь треугольника ОАВ.

Вектор момента силы относительно центра равен векторному произведению радиуса-вектора, проведенного из центра в точку приложения силы, и вектора силы, так как эти два вектора имеют одинаковые модули и направления.

 

.

Моментом силы относительно оси называется момент проекции силы на плоскость, перпендикулярную этой оси, относительно точки пересечения оси с плоскостью (рис.6).

Момент силы относительно оси считается положительным, если проекция силы на плоскость, перпендикулярную оси, стремится повернуть тело вокруг положительного направления оси против часовой стрелки, отрицательным, если – по часовой стрелке. Момент силы относительно оси z обозначается символом . =,

где проекция силы на плоскость xy, перпендикулярную оси z.

Так как h является высотой треугольника Оав, то ,

где – площадь треугольника Оав.

Для определения момента силы относительно оси z нужно выполнить следующие действия:

1. провести плоскость xy, перпендикулярную оси z и указать точку О пересечения оси z с этой плоскостью;

2. найти проекциюсилы на плоскость xy;

3. из точки О опустить перпендикуляр h на линию действия проекции и вычислить момент как произведение модуля проекции силы на плечо h с соответствующим знаком.

Момент силы относительно оси равен нулю, если сила параллельна оси или пересекает ось, т.е. в том случае, когда ось и действующая сила лежат в одной плоскости.

Теорема 1. Проекция векторного момента силы относительно центра на ось, проходящую через этот центр, равна моменту силы относительно этой оси.

Доказательство. Проведем через точку О ось z и спроецируем на нее вектор (рис.7):

Модуль равен удвоенной площади треугольника ОАВ: . Cледовательно,

Момент силы относительно оси z где треугольник Оав является проекцией треугольника ОАВ на плоскость, перпендикулярную оси z. Значит, , где j угол между плоскостями этих треугольников, измеряемый углом между перпендикулярами к ним.

Окончательно, .

Следовательно, ,

Выражение момента силы относительно оси в координатной форме.

Разложим векторный момент силы относительно центра О по координатным осям x, y, z, связанным с центром О.

(1)

Разложим также по координатным осям векторное произведение. (2)

Исходные данные: , ,

Сравнивая (1) и (2), получаем выражения моментов силы относительно координатных осей.

,

где x, y, z - координаты точки приложения силы, а Fx, Fy, Fz - проекции силы

на оси координат.

1. 5.2. Моменты для плоской системы сил