Чтобы изменить положение тела или скорость его перемещения, к телу необходимо приложить силу. В механике силой называют меру действия одного тела на другое. Сила обычно характеризуется величиной, направлением и точкой приложения. Величина силы измеряется динамометром и выражается чаще всего в килограммах. При подъеме груза величина силы зависит от расстояния до точки опоры. Чтобы определить действие силы на тело, надо знать точку ее приложения к этому телу. Точка приложения силы имеет большое значение в технике. Графический способ изображения сил. Силу можно изобразить графически в виде линии со стрелкой в произвольно выбранном масштабе. Стрелка указывает направление силы. Начало линии называют точкой приложения силы. Прямую, на которой лежит отрезок, изображающий силу, называют линией действия силы. Правило сложения и разложения сил. Силы, совместное действие которых может быть заменено равнодействующей, оказывающей на тело такое же действие, что и заданная система сил, называют составляющими. Сложить силы - это значит найти равнодействующую. Равнодействующая двух или нескольких сил, направленных по одной прямой, равна по в е-личине их алгебраической сумме. Равнодействующая двух сил, имеющих общую точку приложения и действующих под углом друг к другу, равна по величине и направлению диагонали параллелограмма построенного на этих силах на сторонах. Такую равнодействующую называют геометрической (или векторной) суммой составляющих сил. С изменением угла между силами величина равнодействующей также изменяется. Действие, обратное сложению сил, называют разложением силы на составляющие. Чтобы разложить силу на две составляющие, необходимо знать их линии действия, которые пересекаются в какой-нибудь точке, или величину и направление одной из составляющих сил. Центр тяжести. При небольших размерах тела действующие на его частицы силы тяжести могут быть приняты за параллельные. В этом случае центр параллельных сил называют центром тяжести. Следовательно, центр тяжести есть центр всех параллельных сил, действующих на отдельные частицы тела. Центр тяжести занимает определенное положение в теле, как бы тело ни было повернуто относительно направления силы тяжести. Равнодействующая всех сил тяжести, действующая на отдельные частицы тела, приложенная в центре тяжести, представляет собой вес тела. Каждое тело имеет свой центр тяжести. Например, центр тяжести однородного стержня находится на его середине; центр тяжести круга совпадает с его центром; центр тяжести площади треугольника лежит в точке пересечения его медиан, а центр тяжести шара - в его геометрическом центре. Устойчивость равновесия. Положение тела считается устойчивым, если тело возвращается в прежнее положение после того, как оно было выведено из него какой-либо силой. Шар, подвешенный в одной точке, расположенной на одной вертикали с центром тяжести, находится в устойчивом положении или в положении устойчивого равновесия. Положение называют неустойчивым, если тело, выведенное из положения равновесия, не может быть возвращено своим весом в начальное положение.Если точка опоры совпадает с центром тяжести, то тело остается в покое в любом положении (например, шар, лежащий на горизонтальной плоскости). Это положение называют безразличным, или положением безразличного равновесия. Момент силы. Момент силы характеризует вращательное движение. Если на брус, опирающийся на неподвижную опору в точке С, положить груз Q, отстоящий от точки С на расстояние ВС, то брус начнет перемещаться против часовой стрелки вокруг точки С. Моменты сил, вращающих тело против часовой стрелки, условно считают отрицательными, а моменты сил, вращающих тело по часовой стрелке, - положительными. Чтобы сохранить равновесие системы, необходимо к концу бруса, например в точке А, приложить силу Р, направленную в сторону, противоположную направлению силы тяжести Q. Чем больше расстояние от точки приложения А до точки опоры С, тем меньшей должна быть величина силы Р для сохранения равновесия. Расстояния АС и ВС называют плечами. Обозначим плечо АС буквой в. Произведение силы Р на плечо в называют моментом этой силы относительно точки опоры. Для равновесия бруса необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех действующих сил относительно точки опоры равнялась нулю. Обозначим плечо ВС буквой а, тогда Qa-Рв = 0. Условия равновесия сил находят широкое применение при расчете новых машин. В технической системе за единицу измерения момента силы применяют момент силы в 1 кгс, имеющий плечо в 1 м. Центробежная и центростремительная силы. При вращении шарика, привязанного к нити, одновременно возникают центробежная и центростремительная силы; при прекращении вращения они исчезают. Сила, удерживающая шарик на окружности, направлена вдоль нити к центру вращения и называется центростремительной. Силу, приложенную к нити, как противодействующую центростремительной, называют центробежной. Центробежная и центростремительная силы обычно равны между собой, но противоположно направлены. В технике большую роль играет центробежная сила. Если центр тяжести вращающихся деталей (подшипников и валиков) смещен относительно оси, то величина центробежной силы может превышать в десятки и сотни раз вес самого тела. В результате этого подшипники и шейки у валиков износятся, что приведет к поломке оборудования. Центробежная сила может быть полезна для машин, например, центрифуга предназначена для разделения сыпучих тел при обогащении руд. При вращении центрифуги частицы с наибольшим удельным весом располагаются на периферии,- а частицы с меньшим удельным весом - ближе к оси вращения. В центробежном насосе движение жидкости и необходимый напор создаются за счет центробежной силы, получающейся при вращении лопастного колеса в корпусе насоса. |