Рассматриваем равновесие шарнира В.

Алгоритм и пример практического занятия №1

 

Тема: Определение реакций идеальных связей аналитическим и графическим способом.

 

Знать: способы сложения двух сил и разложение силы на составляющие, геометрический и аналитический способы определения равнодействующей силы, условия равновесия плоской сходящейся системы сил.

Уметь: определять равнодействующую системы сил, решать задачи на равновесие геометрическим и аналитическим способом, рационально выбирая координатные оси.

 

АЛГОРИТМ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 1

 

Указывают точку, равновесие которой рассматривается.

Ø В задачах такой точкой является центр тяжести тела или точки пересечения всех стержней и нитей.

 

Ø 2 Прикладывают к рассматриваемой точке активные силы.

Активными силами являются собственный вес тела или вес груза, которые направлены к центру тяжести земли. При наличии блока вес груза действует на рассматриваемую точку вдоль нити. Направление действия этой силы устанавливается из чертежа. Вес тела принято обозначать G

Мысленно отбрасывают связи, заменяя их действия реакциями связей.

Ø При замене связей реакциями следует помнить, что реакция плоскости направлена по нормали (перпендикуляру)к ней в точке контакта, а реакции стержня и нити – по их осям. Реакцию нити и стержня принято называть усилиями.

 

Выбираем положение прямоугольной системы координат

Ø Начало координат совмещают с точкой, равновесие которой рассматривается.

 

5 Составляют уравнения равновесия вида: ΣF_x = 0; ΣF_у = 0

Ø Напомним, что проекцией силы на ось является произведение модуля (величины) этой силы на косинус угла между направлением силы и направлением оси. Если угол между направлениями силы и оси острый, то перед величиной проекции ставится знак «плюс», т.е. сила и ось направлены в одну сторону, если они направлены в противоположные стороны, то ставится знак «минус».

 

Выполняем проверку решения

Ø Аналитическим или графическим способом.

 

Пример 1

Фонарь весом 80 Н подвешен на кронштейне АВС, укреплённом на вертикальной стене (рис. 2-а). Определить усилия возникшие в горизонтальном стержне СВ и наклонной тяге АВ после подвески фонаря, если СВ=1м и АВ= 1,2м. Соединения в точках А, В и С – шарнирные.

 

A     C α B     G

2-а

Дано: АВ-1,2м

СВ=1 м

G=80Н

Определить: R_A, R_B.

 

Рассматриваем равновесие шарнира В.

2 Освобождаем шарнир В от связей и изображаем дейс

твующие на него активные силы и реакции связей

(рис.2-б).

2-б У 3 Выбираем систему координат и составляем уравнение

R_A для системы сил, действующих на шарнир В

 

α β ΣF _Х = 0 - R_А cos α – R_С = 0 (1)

R_С Х ΣF _У = 0 R_А cos β - G = 0 (2)

 

G 4. Определяем реакции стержней, решая уравнения (1) и

(2).

 

Из уравнения (2): R_А = G / cos β

 

По теореме Пифагора находим АС: АС = √АВ² –ВС² = √1,2² –1² = 0,664 м.

 

cos β = 0,664 / 1,2, тогда R_А = (80 · 1,2) / 0,664 = 144,5 Н

 

Из уравнения (1): - R_С = R_А cos α; R_С = 144,5 · (1/ 1,2) = - 120,5 Н

 

Знак минус перед значением R_С указывает на то, что направление реакции в

противоположную сторону, т. е. к шарниру В.

 

5.Правильность полученных результатов можно проверить, решая задачу графически.

 

Для решения задачи графическим способом выбирают масштаб (например 1:20) и строят кронштейн АВС. Для чего из произвольной точки С (рис. 2-в) проводим горизонтальную и вертикальную линии. На горизонтальной линии отложим отрезок СВ= (1м=1000мм/20)=50 мм. При помощи циркуля из точки В отложим отрезок АВ=60 мм. Построенный треугольник АВС изображает в масштабе данный в условии задачи кронштейн. (2-в)

А   С L RС В с   G RА Д М а

Вес фонаря G =80 Н, действующий на кронштейн вертикально вниз, изобразим

отрезком ВД=20 мм.

 

 

 

 

Значит масштаб построения для сил: М = G / ВД = 80 Н / 20 мм = 4 Н/мм (4 Н в 1 мм). Благодаря тому, что в точках А, В и С кронштейна соединения шарнирные, стержни, находясь под действием веса фонаря, либо сжимаются, либо растягиваются. Иными словами, искомые усилия действуют вдоль стержней.

Изобразим направление действия искомых сил линиями Аа и Сс, пересекающимися в точке В – точка приложения к кронштейну веса фонаря. Из точки Д (конца вектора G) проводим прямые ДМ параллельно Аа. В получившемся параллелограмме ВМДL стороны ВМ и ВL изображают силы R_А и R_С , действующие соответственно на тягу АВ и стержень ВС. При помощи масштабной линейки измерим отрезки ВМ и ВL: ВМ = 36 мм, ВL = 30 мм

 

Следовательно:

R_А = М_F · ВМ = 4 Н/ мм · 36 мм = 144 Н

R_С = М_F · В L = 4 Н/ мм · 30 мм = 120 Н

Графическое решение подтверждает правильность первого решения.

 

Ответ: R_А = 144 Н, R_С = 120 Н.

 

Примечание: Если при решении реакция связи окажется отрицательной, значит, вектор силы направлен в противоположную сторону.

 

Цель: Научиться определять вероятные направления реакций связей.

 

Рисунок:	Дано: _______________________________________ ________________________________________ ________________________________________   Определить усилия в стержнях: _______________________________________ _______________________________________
Расчётная схема:	1 Выбираем объект, равновесие которого рассматриваем: точка___________________   2 Освобождаем объект от связей и прикладываем к рассматриваемому объекту равновесия все активные ______________________________________и   реактивные силы_______________________ ­­­­_______________________________________
3 Проанализируем, полученную систему сил. Тело находится в равновесии под действием плоской системы сходящихся сил (линии их действия пересекаются в центре) - точка_____   4Выбираем систему координат - проводим оси «Х» и «У»   5 Составляем уравнения равновесия вида:   ΣFx = 0____________________________________________________________ ΣFу = 0___________________________________________________________

Решение уравнений:_____________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Решив полученную систему уравнений, определяем усилия в стержнях (нитях).

 

6 Правильность полученных результатов можно проверить, решая задачу графически: Выбираем масштаб М __________________, строим замкнутый многоугольник.

 

Проверяем графическое построение по теореме синусов: _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________

 

Графическое решение подтверждает правильность аналитического решения задачи.

Вывод: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Контрольные вопросы:

1.Какое движение является простейшим?__________________________________

__________________________________________________________________________________

 

 

2.Что называется материальной точкой?____________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

3.Что называется системой? ______________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

4.Какое действие производят силы на реальные тела?_________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

5.Какую систему сил образуют две силы, линии действия которых перекрещиваются?_______________________________________________________

_______________________________________________________________________

 

6.Чему станет эквивалентна система сил, если к ней добавить уравновешивающую силу?__________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

7. При каком способе графического определения равнодействующей двух сил приходится выполнять меньшее число построений?__________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

8. Почему силы действия и противодействия не могут взаимно уравновешиваться?______________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

9. К чему приложена реакция опоры?_______________________________________

_______________________________________________________________________

 

10. В каком случае задача на равновесие плоской системы сходящихся сил является статически определимой?_________________________________________

_______________________________________________________________________