Таким образом, плоская система сил, если она не находится в равновесии, приводится или к одной равнодействующей (когда ), или к одной паре (когда ).
Силу, приложенную к абсолютно твердому телу, можно, не изменяя оказываемого действия, переносить параллельно ей самой в любую точку тела, прибавляя при этом пару с моментом, равным моменту переносимой силы относительно точки, куда сила переносится.
Пусть на твердое тело действует сила
, приложенная в точке А. Действие этой силы не изменится , если в любой точки В тела приложить две уравновешенные силы
и
, такие , что
,
.
Полученная система трех сил и представляет собой силу , равную
, но приложенную в точке В и пару (
с моментом
.
Пример. Чтобы удержать в равновесии однородный брус АВ длиной 2a и весом Р, надо , очевидно, приложить в его середине С направленную вверх силу , по модулю равную Р.
Согласно доказанной теореме силу можно заменить силой
, приложенной к концу А бруса и парой с моментом
. Если плечо этой пары уменьшить до величины h , то образующие её силы
надо увеличить так, чтобы было
Следовательно, чтобы удержать брус за его конец А, надо, кроме силы
, приложить еще пару (
).
9.2 Приведение плоской системы сил к данному центру
Пусть на твердое тело действует какая-нибудь система сил лежащих в одной плоскости. Возьмем в этой плоскости произвольную точку О, которую назовем центром приведения , и, пользуясь доказанной теоремой, перенесем силы в центр О.
Рис.9.2
В результате на тело будет действовать система сил ,
,….
, приложенных в центре О, и система пар, моменты которых равны
,
,…
.
Силы , приложенные в центре О, можно заменить одной силой , приложенной в том же центре; при этом
или
.
По теореме о сложении пар, все пары можно заменить одной парой, лежащей в той же плоскости. Момент этой пары
или .
Величина , равная геометрической сумме всех сил системы, называется главным вектором системы; величину
, равную сумме моментов всех сил системы относительно центра О , будем называть главным моментом системы относительно центра О.
Показано:
Всякая плоская система сил, действующих абсолютно твердое тело, при приведении к произвольно взятому центру О заменяется одной силой , равной главному вектору системы и приложенной в центре приведения О, и одной парой с моментом , равным главному моменту системы относительно центра О.
9.3. Случаи приведения плоской системы сил к простейшему виду
1) Если для данной системы сил и
, то тело остается в покое, если оно было в покое.
2) Если для данной системы сил ,
, то она приводится к одной паре с моментом
.
В этом случае величина не будет зависеть от выбора центра О.
3) Если для данной системы сил , то она приводится к одной равнодействующей . При этом возможны два случая:
a) ,
В этом случае система сразу заменяется одной силой, т.е. равнодействующей
, проходящей через центр О,
б) ,
. В этом случае пару с моментом
можно изобразить двумя силами
и
,беря
,
.
Рис.9.3
.
Отбросив теперь силы и
, как уравновешенные, найдем, что вся система сил заменяется одной равнодействующей
, проходящей через точку С. Положение точки С определяется двумя условиями:
1) расстояние ОС =d ( )
2) знак момента относительно центра О силы , приложенной в точке С , т.е. знак
должен совпадать со знаком
.
Таким образом, плоская система сил, если она не находится в равновесии, приводится или к одной равнодействующей (когда ), или к одной паре (когда ).
9.4. Условия равновесия произвольной плоской системы сил. Случай параллельных сил.
Для равновесия любой плоской системы сил необходимо и достаточно, чтобы одновременно выполнялись условия:
,
. (9.1)
Здесь О – любая точка плоскости, т.к. при величина
от выбора центра О не зависит.
Условия (9.1) являются необходимыми, т.к. если какое-нибудь из них не выполняется , то система действующих сил приводится или к равнодействующей (когда ) или к паре (когда
) и, следовательно, не является уравновешенной. Одновременно условия (9.1) являются достаточными, потому что при
система приводится только к паре с моментом
, а т.к.
, то имеет место равновесие.
Рассмотрим аналитические условия равновесия:
1. Основная форма условий равновесия
Величины и
определяются равенствами:
,
Но может равняться нулю только тогда, когда одновременно
,
. Следовательно, условия (9.1) будут выполнены, если будет:
,
,
(9.2)
То есть: для равновесия произвольной плоской системы сил, необходимо и достаточно, чтобы суммы проекций всех сил на каждую из двух координатных осей и сумма их моментов относительно любого центра, лежащего в плоскости действия сил, были равны нулю.
2. Вторая форма условий равновесия:
для равновесия произвольной плоской системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы моментов всех этих сил относительно каких-нибудь двух центров А и В и сумма их проекций на ось Оx, не перпендикулярную к прямой АВ, были равны нулю:
,
,
При этом
АВ.
3.Третья форма условий равновесия:
Для равновесия произвольной плоской системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы моментов всех этих сил относительно любых трех центров А, В, С не лежащих на одной прямой, были равны нулю:
,
9.5. Равновесие плоской системы параллельных сил.
ПРИМЕР.
Однородный брус АВ жестко заделан в стену , образуя с ней угол . Выступающая из стены часть бруса имеет длину
м и вес Р. Внутри угла DAB лежит цилиндр весом Q , касающийся бруса в точке Е, причем АЕ=a . Определить реакции заделки.
Рассмотрим равновесие бруса.
Рассмотрим равновесие цилиндра.
![]() |
|
|
![]() | |||
![]() | |||
|
