Сложение и разложение сил. Проекция силы на ось и на плоскость.
В соответствии с аксиомой сложения сил, две силы, приложенные к одной точке можно заменить одной — равнодействующей, которая находится по правилу параллелограмма или по правилу треугольника. Легко обобщить это правило на тот случай, когда к одной точке приложено более двух сил. Для нахождения их равнодействующей необходимо из конца первого вектора провести второй вектор и т. д. Поясним это на рис.2.11.
Рис.2.11 Равнодействующая сходящейсясистемы сил
Полученный многоугольник называется силовым, замыкающая сторона которого — вектор , определяет вектор равнодействующей, направлен из начала первого вектора силы в конец последнего вектора силы.
Решение задачи об определении суммы нескольких векторов (вектора ) является единственным и не зависит от того, в каком порядке складываются слагаемые векторы.
Рис.2.12 Разложение силы на составляющие
Противоположный по смыслу алгоритм — разложение векторов, не имеет единственного решения, до тех пор, пока не заданы сами направления разложения сил.
Например, силу , расположенную в плоскости (рис.2.12), можно разложить по взаимно перпендикулярным осям и , а можно и по любым другим и , При этом на оси и , наложено всего одно условие — они не должны быть параллельны друг другу. Cилы и или и называются составляющими силы .
Рис.2.13 Проекции силы на плоскости
Рассмотрим понятие проекции силы на ось. Проекцией силы на заданную ось, например , называется скалярное произведение вектора силы на единичный вектор , характеризующий положительное направление оси, т. е.
Угол находится между положительным направлением оси и направлением вектора силы . В том случае, когда проекция , т. к. . Модуль этой проекции удобно вычислять через угол . В соответствии с определением проекции силы и скалярного произведения векторов можно записать
Вернемся к вопросу о разложении силы и рассмотрим эту процедуру в пространственном случае. Часто встречаются два варианта разложения: в первом случае (рис.2.13 а) ориентация вектора в пространстве задана двумя углами — между осью и направлением составляющей силы , лежащей в плоскости . и углом — между вектором и его составляющей вдоль оси ; во втором случае (рис.2.13 б) положение вектора определяется тремя углами между направлением вектора и положительными направлениями соответствующих осей: .
Рис.2.13 Проекции силы впространстве
Вначале разложим вектор по двум направлениям и . Ось расположена в плоскости, проходящей через вектор силы и ось Oz:
Вектор раскладывается по горизонтальным осям и .
Окончательно: |
Последняя формула будет справедлива и при втором способе задания ориентации вектора . В этом случае известны углы между вектором и направлением осей ; и : . По определению проекции силы на ось имеем
Введённые понятия позволяют перейти к условиям равновесия системы сходящихся сил.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 2059;