Механическое взаимодействие тел. Сила и собственно момент (пара сил) как количественные характеристики механического воздействия одного тела на другое

Статика.

Структура теоретической механики.

Теоретическую механику принято подразделять на три части: статику, кинематику и динамику.

Статика – это часть теоретической механики, в которой изучаются механические воздействия одних тел на другие тела и определяются условия и уравнения равновесия тел; в статике рассматриваются также эквивалентные преобразования воздействий. Здесь же излагаются методы нахождения центров тяжести тел (центров силового воздействия Земли на рассматриваемое тело) и основы теории сухого внешнего трения.

В кинематике изучается заданное механическое движение тел, которое не увязывается явно с воздействиями на них других тел. Иными словами, в кинематике движение тела предполагается заданным в виде изменения во времени величин, определяющих положение тела. Вопрос о том, чем обеспечивается это движение,

в кинематике не обсуждается.

В динамике движение тел рассматривается с учётом их механического взаимодействия с другими телами.

Так как строгое обоснование основных положений статики может быть выполнено только в динамике, то статику и динамику часто объединяют в один раздел, называемый кинетикой. В этом случае теоретическая механика подразделяется на две части: кинематику и кинетику. В кинетике условия и уравнения равновесия тел получают как частный случай динамических уравнений.

Совокупность величин, определяющих положение выделенного тела по отношению к другим телам, а также скорости изменения этих величин, будем называть состоянием этого тела. Состояние покоя или движения тела может изменяться вследствие механических воздействий на него других тел. Механическим взаимодействием тел будем называть такие воздействия одних тел на другие тела, в результате которых может измениться состояние рассматриваемого тела и могут измениться воздействия на него окружающих тел. Воздействия связей на рассматриваемое тело называют реакциями связей. Эти реакции способны полностью парировать (уравновесить) заданные воздействия. В этом случае состояние тела не изменяется.

Из опыта известно, что механическое взаимодействие тел может возникать как при контакте тел, так и на расстоянии. Количественной мерой механического взаимодействия тел служит воздействие, состоящее из силы и собственно момента, причём собственно момент для наглядности можно представить совокупностью двух равных по модулю и противоположно направленных сил, не лежащих на одной прямой. Такая совокупность двух сил называется парой сил.

Сила , с которой тело В действует на тело А,– это реакция тела В на бесконечно малое поступательное перемещение тела А (или на попытку такого его перемещения) относительно тела В.

Смещение тела А относительно тела В не всегда допускается связями, наложенными на тело А. В этих случаях мы говорим о попытке такого смещения.

При поступательных перемещениях тело не поворачивается.

В системе СИ размерность силы – Ньютон, [Н].

Собственно момент - это реакция тела В на бесконечно малый поворот тела А (или на попытку его поворота) относительно В вокруг некоторой произвольной точки Р, жёстко связанной с телом А и называемой точкой приведения.

Мы говорим о попытке поворота в случаях, когда связи, наложенные на тело А, делают этот поворот невозможным.

Размерность собственно момента - ньютон, умноженный на метр, [Н м].

Материальная точка не может испытывать сопротивление других тел при собственном повороте. Следовательно, материальная точка может воспринимать только силовые воздействия других тел.

В частных случаях механическое взаимодействие тел может определяться только силой или только моментом. Силу и собственно момент, как количественную характеристику механического взаимодействия тел, называют воздействием одного тела на другое. Позже понятие воздействия будет уточнено.

Воздействия будем разделять на заданные или активные, и на реакции связей.

Сила моделируется полярным вектором. Это утверждение - аксиома, которая легализует применение в теоретической механике всех известных действий над векторами, в том числе их сложение и разложение по правилу параллелограмма. И.Ньютон пишет, приведя пример сложения и разложения сил: “Как это сложение, так и разложение беспрестанно подтверждаются в учении о машинах”. (Исаак Ньютон. ‘’Математические начала натуральной философии”. Перевод с латинского и комментарии А.Н. Крылова. М., “Наука”, 1989).

Полярный вектор - обычный вектор, направление которого не зависит от ориентации пространства. Ориентацию пространства выбираем мы сами. Её можно задать путём выбора правой или левой декартовой системы координат.

Другой тип вектора, встречающегося в теоретической механике, называют осевым, аксиальным или псевдовектором. Аксиальный вектор - это вектор в ориентированном пространстве, который при изменении ориентации пространства изменяет своё направление на противоположное. Пример осевого вектора - векторное произведение двух полярных векторов.

Дата добавления: 2015-06-04