4.4 Теорема Вариньона о моменте равнодействующей произвольной плоской системы сил. Условие равновесия рычага
Докажем следующую теорему Вариньона о моменте равнодействующей произвольной плоской системы сил: если произвольная плоская система сил приводится к равнодействующей, то момент этой равнодействующей относительно любой точки, лежащей в плоскости действия данных сил, равен алгебраической сумме моментов всех составляющих сил относительно той же точки.
Доказательство. На рисунке 57, б (§ 4.3) сила приложена в точкеА. Эта точка отстоит от произвольно выбранного центра приведения О на расстоянии
. (1)
Сила является равнодействующей произвольной плоской системы сил. Из рисунка 57,б и формулы (1) следует, что абсолютная величина момента равнодействующей относительно центра приведенияО равна
, (2)
где есть абсолютная величина главного момента рассматриваемой системы сил относительно выбранного центра приведенияО. Знак же момента равнодействующей относительно центра приведенияО также всегда совпадает со знаком главного момента , т. е. момента пары, как это видно из рисунке 57,а, б.
Поэтому вместо (2) будем иметь
. (3)
Но, согласно (5, § 4.2),
.
Подставляя это в формулу (3), приходим к равенству
, (4)
чем и доказывается теорема.
Примем центр приведения О за начало координат (рисунок 56, а), и мысленно разложим силу , приложенную к точкетела на два взаимно перпендикулярных направления — направления осей координат. Составляющие силы обозначим буквамии. Тогда согласно теореме Вариньона и рисунок 56,а момент рассматриваемой силы относительно начала координат определяется так:
.
Подставляя это равенство в формулу (4), получим
. (5)
Таким образом, если начало координат выбрано в центре приведения и известны проекции всех сил на оси координат и координаты точек приложения этих сил, то момент равнодействующей можно найти по формуле (5).
Теорема Вариньона о моменте равнодействующей (4) дает простой метод нахождения условия равновесия рычага.
Пусть на рычаг первого рода (рисунок 60, а) или второго рода (рисунок 60, б) действует произвольная плоская система сил ,, …,иО – точка опоры. Предположим, что эта система сил приводится к равнодействующей . Отбросив связь (шарнирную опору), заменим ее действие на рычаг силой реакции связи. При этом рычаг можно рассматривать как свободное тело, к которому приложены только две силыи. Так как сила реакции связиприложена к точкеО , то для равновесия сил и(а следовательно, и для равновесия рычага) необходимо, чтобы и равнодействующая силатоже проходила через точкуО. Но в этом случае
.
Это условие равновесия рычага согласно теории Вариньона (4) можно записать в виде
,
т. е. для равновесия рычага необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма моментов всех приложенных к рычагу сил относительно точки его опоры равнялась нулю.
Задача 9. На концы прямолинейного рычага АВ длиной l, закрепленного на шарнире О, действуют силы и, образующие с рычагом углыи. Найти расстояниеОА при равновесии рычага (рисунок 61).
Решение. Так как рычаг АВ находится в равновесии под действием сил и, то алгебраическая сумма моментов этих сил относительно опорыО равна нулю, т. е.
.
Но
, ,
где – плечо силыотносительно точкиО, а – плечо силыотносительно той же точкиО. Из треугольников инаходим
и
.
Следовательно,
; .
Уравнение равновесия рычага примет вид
,
отсюда
.
Yandex.RTB R-A-252273-3
- Раздел I. Статика
- Глава 1. Основные понятия и аксиомы статики
- Введение: предмет, метод, место среди естественных наук и границы применимости теоретической механики
- 1.2 Сила, система сил, эквивалентная система сил и уравновешенная система сил
- 1.3 Аксиомы статики и некоторые следствия из них
- 1.4 Исследование связей и установление направления их реакций
- Глава 2. Приведение пространственной и плоской систем сходящихся сил к равнодействующей
- 2.1 Геометрический метод определения равнодействующей
- Пространственной и плоской систем сходящихся сил
- 2.2 Условие равновесия пространственной и плоской систем сходящихся сил в геометрической форме
- 2.3 Разложение силы на сходящиеся составляющие
- 2.4 Проекции силы на ось и на плоскость
- 2.5 Определение силы по ее проекциям на координатные оси
- 2.6 Аналитический метод определения равнодействующей пространственной и плоской систем сходящихся сил
- 2.7 Условия равновесия пространственной и плоской систем сходящихся сил в аналитической форме. Указания к решению задач
- 2.8. Момент силы относительно точки. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей
- Глава 3. Система параллельных сил и теория пар, как угодно расположенных в одной плоскости
- 3.1 Приведение систем двух параллельных сил, направленных
- В одну сторону, к равнодействующей
- 3.2 Приведение системы двух неравных по модулю параллельных сил, направленных в противоположные стороны, к равнодействующей
- 3.3 Пара сил. Момент пары сил
- 3.4 Эквивалентность пар
- 3.5 Сложение пар, расположенных в одной плоскости. Условие равновесия пар
- Глава 4. Произвольная плоская система сил
- 4.1 Теорема о параллельном переносе силы. (Метод Пуансо)
- 4.2. Приведение произвольной плоской системы сил к одной силе и к одной паре
- 4.3 Приведение произвольной плоской системы сил к равнодействующей
- 4.4 Теорема Вариньона о моменте равнодействующей произвольной плоской системы сил. Условие равновесия рычага
- 4.5 Приведение произвольной плоской системы сил к одной паре
- 4.6 Условия равновесия произвольной плоской системы сил
- 4.7 Условия равновесия плоской системы параллельных сил
- 4.8 Указания к решению задач
- 4.9 Равновесие сочлененной системы тел
- Глава 5. Трение скольжения и качения
- 5.1 Трение скольжения
- 5.2 Трение качения
- 5.3 Понятие о ферме
- 5.4 Способ вырезания узлов
- 5.5. Способ разрезов фермы
- Глава 6. Произвольная пространственная система сил и теория пар, как угодно расположенных в пространстве
- 6.1 Момент силы относительно точки как вектор
- 6.2 Момент силы относительно оси
- 6.3. Зависимость между моментом силы относительно оси и моментом силы относительно точки, лежащей на этой оси
- 6.4 Аналитическое выражение моментов силы относительно координатных осей
- 6.5 Теорема о переносе пары в другую плоскость, параллельную плоскости действия этой пары
- 6.6 Момент пары как вектор
- 6.7 Условие эквивалентности двух пар
- 6.8 Сложение пар, лежащих в разных плоскостях. Условие равновесия пар
- 6.9 Приведение произвольной пространственной системы сил к одной силе и к одной паре
- 6.10 Изменение главного вектора-момента при перемене центра приведения
- 6.11 Инварианты произвольной пространственной системы сил
- 6.12 Приведение произвольной пространственной системы сил к динамическому винту
- 6.13 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к равнодействующей. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей
- 6.14 Случай приведения системы сил, не лежащих в одной плоскости, к паре
- 6.15 Условия равновесия произвольной пространственной системы сил. Случай пространственной системы параллельных сил
- 6.16 Равновесие твердого тела с одной и с двумя закрепленными точками. Указания к решению задач
- Глава 7. Центр тяжести
- 7.1 Приведение системы параллельных сил к равнодействующей. Центр параллельных сил
- 7.2 Центр тяжести
- 7.3 Способы определения координат центров тяжести тел
- 7.4 Центр тяжести некоторых линий, площадей и объемов
- 7.5 Графическое определение положения центра тяжести плоских фигур