Момент силы относительно точки. Примеры решения задач
Сила, не проходящая через точку крепления тела, вызывает вращение тела относительно точки, поэтому действие такой силы на тело оценивается моментом.
Момент силы относительно точки численно равен произведению модуля силы на расстояние от точки до линий действия силы.
Перпендикуляр, опущенный из точки на линию действия силы (рис. 4.4), называется плечом силы.
Обозначение момента Mo(F) или mО(F);
MО(F) = Fa.
Единица измерения [mО(F)] = Н*м.
Момент считается положительным, если сила разворачивает тело по часовой стрелке.
Примечание. В разных учебных пособиях знак момента назначается по-разному.
Момент силы относительно точки равен нулю, если линия действия силы проходит через точку, т. к. в этом случае расстояние от точки до силы равно нулю.
Примеры решения задач:
Пример 1. Дана пара сил |F1| = \F11\ =42 кН; плечо2 м. Заменить заданную пару сил эквивалентной парой с плечом 0,7 м (рис. 4.5).
Решение
Пары сил эквивалентны, если моменты этих пар численно равны:
Пример 2. Дана система пар сил (рис.4.6). Определить момент результирующей пары.
Решение
Момент результирующей пары равен алгебраической сумме моментов пар системы:
Подставив численные значения, получим:
m1 = 10 • 0,2 = 2кН*м;
m2 = - 12 • 0,3 = - 3,6 кН*м;
m3 = 6 * 1,2 = 7,2 кН*м;
М∑ = 2 + ( - 3,6) + 7,2 = 5,6 кН*м.
Знак свидетельствует о том, что момент вызывает вращение по часовой стрелке. Величину силы и плеча определить не удается.
Примечание. Чтобы уравновесить данную систему пар, необходимо приложить пару сил, равную по модулю и в обратную сторону. Такую пару сил называют уравновешивающей.
Пример 3. Рассчитать сумму моментов сил относительно точки О (рис. 4.7)
ОА = АВ = BD = DE = CB = 2м.
1. Момент силы относительно точки численно равен произведению модуля силы на плечо силы.
2.
Момент силы равен нулю, если линия действия силы проходит через точку.
Пример 4. Брус АВ с левой шарнирно-подвижной опорой и правой шарнирно-неподвижной нагружен тремя парами сил (рис. 1.37), моменты которых М1 =24 кН-м, М2 = 36 кН-м, М3 = —50 кН-м. Определить реакции опор.
Решение
1. На брус действуют пары сил; следовательно, и уравновесить их можно только парой, т. е. в точках А и В со стороны опор на брус должны действовать реакции опор, образующие пару сил. В точке А у бруса шарнирно-подвижная опора, значит ее реакция направлена перпендикулярно опорной поверхности, т. е. в данном случае перпендикулярно брусу. Обозначим эту реакцию и направим ее вверх. Тогда в точке В со стороны шарнирно-неподвижной опоры действует также вертикальная сила RB, но вниз.
2. Исходя из выбранного направления сил пары (RA, Rв), её момент Мо = - RA *АВ (или Мо= — RB*BA).
3. Составим уравнение равновесия пар сил:
Подставив в это уравнение значения моментов, получим
24 + 36 — 50 — RA*2 = 0. Отсюда RA = 5 кН. Так как силы RA и RB образуют пару, то Rb = Ra = 5 кН.
Пример 5. Определить величину груза P1 (рис. 1.13, а), при которой рычаг АВ находится в равновесии.
Решение
На рис. 1.13,6 показаны силы, действующие на рычаг АВ. Как известно, рычаг находится в равновесии, если сумма моментов всех действующих на него сил относительно точки вращения рычага (в рассматриваемом примере — точки А) равна нулю:
Откуда
Пример 6. Определить опорные реакции балки, показанной на рис. 1.14, а.
Решение
Рассмотрим равновесие балки АВ, к которой приложены как заданные, так и искомые силы. Освобождаем балку от связей и заменяем их действие реакциями (рис. 1.14,6). Получили плоскую систему сил.
Выбираем систему координат (см. рис. 1.14,6).
Составляем три уравненияравновесия:
Решая второе и третье уравнения, получаем:
Составим проверочное уравнение
следовательно, опорные реакции определены верно.
Пример 7. Для заданной балки (рис. 1.15, а) определить опорные реакции.
Решение
Рассмотрим равновесие балки АВ, к которой приложены все заданные и искомые силы. Освободим балку от связей и заменим их действие реакциями (рис. 1.15, б). Получили плоскую систему произвольно расположенных сил.
Выбираем систему координат (см. рис. 1.15, 6). Для полученной системы сил в рассматриваемом примере целесообразно составить следующие три уравнения равновесия:
В этом случае в каждое уравнение равновесия войдет только одна искомая реакция:
где l cos α — плечо силы RB относительно точки А. Подставляя числовые значения, находим
При определении опорных реакций не было использовано уравнение равновесия ΣPiv = 0. Если реакции определены верно, то сумма проекций на ось v всех сил, действующих на балку, должна быть равна нулю. Проектируя все силы на ось v, получаем
следовательно, реакции определены верно.
Пример 8. Для плоской рамы (рис. 1.16,а) определить опорные реакции.
Решение
Освобождаем раму от связей и заменяем их действие реакциями НА, Нв и VA. Действующие на раму нагрузки и искомые реакции показаны на рис. 1.16, б. Получили плоскую систему произвольно расположенных сил. Выбираем систему координат (см. рис. 1.16, б) и составляем уравнения равновесия:
Искомые реакции получились положительными; это указывает на то, что предварительно выбранные направления реакций совпадают с действительными.
В качестве проверочного уравнения берем ΣРtu = 0, так как оно не было использовано для определения опорных реакций.
Проектируя все силы на ось и, получаем
следовательно, реакции определены верно.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие силы из системы сил (рис. 4.8) образуют пары?
F1=F2 = F4; F3 = F6; F5 = 0,9F6.
2.
Определите момент изображенной на рис. 4.9 пары сил. \F\ = \F'\ = 5кН.
3. Какие из изображенных пар (рис. 4.10) эквивалентны, если
F1 = F2 = 8 кН; F3 = 6,4 кН; а1 = 2 м; а2 = 2,5 м?
4. Какую силу необходимо приложить в точке с (рис. 4.11), чтобы алгебраическая сумма моментов относительно точки О была равна нулю?
OA = АВ = ВС = 5 м; F1 = 7,8кН; F2 = 3 кН.
5. Ответьте на вопросы тестового задания.
Тема 1.3. Статика
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 12811;