Внутренние силы определение кратко
Обновлено: 02.07.2024
Внешние силы действуют только на поверхность предмета, а внутренние силы действуют на все атомы предмета, где бы они не находились (силы магнитного, гравитационного и электрического поля).
Понятия внутренней и внешней силы применяются к системе тел. Силы, которые действуют между телами, входящими в систему, называются внутренними. Силы, которые действуют со стороны тел, не входящими в систему, называю внешними. Например, для системы молекул газа в замкнутом сосуде, силы притяжения и отталкивания между молекулами – внутренние силы. Сила притяжения молекул. Читать далее
Под действием внешних нагрузок отдельные частицы тела перемещаются относительно друг друга. Как следствие тело изменяет свои размеры и форму. Эти изменения и называется деформацией.
Если силы, вызвавшие деформацию уменьшать и затем полностью снять, то тело будет стремиться приобрести первоначальную форму. Деформации полностью или частично исчезнут. Свойство тел деформироваться под нагрузкой и затем после устранения сил восстанавливать свое первоначальное состояние называют упругостью. Часть деформации, которая исчезает после снятия нагрузок, называют упругой, а ту часть, которая остается, называют остаточной деформацией. Появление остаточной деформации связано с так называемой пластичностью.
У некоторых материалов упругие свойства одинаковы во всех направлениях. Такие тела называют изотропными. Наряду с этим встречаются анизотропные тела, у которых свойства в различных направлениях разные.
Сопротивление материалов рассматривает идеализированное тело (абстрактное) и наделяет определенными свойствами. Гипотеза о сплошном и однородном строении материала.
Под сплошным понимаем материал, который не имеет никаких пустот, что позволяет применять анализ бесконечно малых величин.
Под однородностью понимается то, что механические свойства тела в окрестностях точки не зависят от размеров рассматриваемого элемента.
При нагружении бруса в нем происходит изменение сил межмолекулярного сцепления, последние называют внутренними усилиями. Для определения внутренних усилий необходимо применить метод сечений, являющийся основным в сопротивлении материалов.
Рассмотрим брус. Мысленно рассечем его плоскостью, перпендикулярной оси на две части и рассмотрим равновесие одной из частей (рис. 1.5,а).
Действие отброшенной части заменим системой внутренних сил. Разложим главный вектор сил на составляющие по осям (рис.1.5,б): , а главный момент на Таким образом получим шесть внутренних силовых факторов: — нормальная сила; —поперечные силы, — изгибающие моменты, — крутящий момент.
Для вычисления шести составляющих внутренних усилий нужно составить шесть уравнений статики.
Из трех первых уравнений находим, а из трех последних .
Если в стержне возникает только нормальная сила , то такое нагружение называют растяжением или сжатием (рис. 1.6,а).
Если в поперечном сечении возникают только крутящие моменты, то такой вид нагружения называется кручением (рис. 1.6,б).
Общим случаем изгиба называется нагружение, при котором в брусе возникают все внутренние силовые факторы, кроме крутящего момента. Наиболее простой — чистый, когда возникает только один изгибающий момент (рис. 1.6,в)
Основные понятия и гипотезы (допущения)
Под действием внешних нагрузок отдельные частицы тела перемещаются относительно друг друга. Как следствие тело изменяет свои размеры и форму. Эти изменения и называется деформацией.
Если силы, вызвавшие деформацию уменьшать и затем полностью снять, то тело будет стремиться приобрести первоначальную форму. Деформации полностью или частично исчезнут. Свойство тел деформироваться под нагрузкой и затем после устранения сил восстанавливать свое первоначальное состояние называют упругостью. Часть деформации, которая исчезает после снятия нагрузок, называют упругой, а ту часть, которая остается, называют остаточной деформацией. Появление остаточной деформации связано с так называемой пластичностью.
У некоторых материалов упругие свойства одинаковы во всех направлениях. Такие тела называют изотропными. Наряду с этим встречаются анизотропные тела, у которых свойства в различных направлениях разные.
Сопротивление материалов рассматривает идеализированное тело (абстрактное) и наделяет определенными свойствами. Гипотеза о сплошном и однородном строении материала.
Под сплошным понимаем материал, который не имеет никаких пустот, что позволяет применять анализ бесконечно малых величин.
Под однородностью понимается то, что механические свойства тела в окрестностях точки не зависят от размеров рассматриваемого элемента.
При нагружении бруса в нем происходит изменение сил межмолекулярного сцепления, последние называют внутренними усилиями. Для определения внутренних усилий необходимо применить метод сечений, являющийся основным в сопротивлении материалов.
Рассмотрим брус. Мысленно рассечем его плоскостью, перпендикулярной оси на две части и рассмотрим равновесие одной из частей (рис. 1.5,а).
Действие отброшенной части заменим системой внутренних сил. Разложим главный вектор сил на составляющие по осям (рис.1.5,б): , а главный момент на Таким образом получим шесть внутренних силовых факторов: — нормальная сила; —поперечные силы, — изгибающие моменты, — крутящий момент.
Для вычисления шести составляющих внутренних усилий нужно составить шесть уравнений статики.
Из трех первых уравнений находим, а из трех последних .
Если в стержне возникает только нормальная сила , то такое нагружение называют растяжением или сжатием (рис. 1.6,а).
Если в поперечном сечении возникают только крутящие моменты, то такой вид нагружения называется кручением (рис. 1.6,б).
Общим случаем изгиба называется нагружение, при котором в брусе возникают все внутренние силовые факторы, кроме крутящего момента. Наиболее простой — чистый, когда возникает только один изгибающий момент (рис. 1.6,в)
Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания
Действие отброшенной правой части на оставшуюся левую заменяем внутренними силами, их бесконечно много, так как это силы взаимодействия между частицами тела. Из теоретической механики известно, что любую систему сил можно заменить эквивалентной ей системой, состоящей из главного вектора и главного момента. Поэтому все внутренние силы приведем к главному вектору R и главному моменту М (рис.1.1,б). Поскольку наше пространство трехмерно, то главный вектор R можно разложить по осям координат и получить три силы — Qx, Qy, Nz(рис.1.1,в). По отношению к продольной оси стержня силы Qx, Qyназываются поперечными или перерезывающими силами (расположены поперек оси), Nzполучил название продольной силы (расположена вдоль оси).
Главный момент М при разложении по осям координат также даст три момента(рис.1.1,г) в соответствии с той же продольной осью — два изгибающих момента Mx и My и крутящий момент Т (может обозначаться как Мк или Мz).
Таким образом, в общем случае нагружения существует шесть компонентов внутренних сил, которые называются внутренними силовыми факторами или внутренними силами. Для их определения в случае пространственной системы сил составляются шесть уравнений равновесия, а в случае плоской – три.
Чтобы запомнить последовательность метода сечений, следует использовать мнемотехнический прием – запомнить слово РОЗУ из первых букв действий: Разрезаем (сечением), Отбрасываем (одну из частей), Заменяем (действие отброшенной части внутренними силами), Уравновешиваем (т.е. с помощью уравнений равновесия определяем значение внутренних сил).
В практике возникают следующие виды деформаций. Если при случае нагружения в элементе под действием сил возникает один внутренний силовой фактор, то такая деформация называется простой или основной. Простые деформации - это растяжение-сжатие (возникает продольная сила), сдвиг (поперечная сила), изгиб (изгибающий момент), кручение (крутящий момент). Если одновременно элемент испытывает несколько деформаций (кручение с изгибом, изгиб с растяжением и др.), то такая деформация называется сложной.
1.4. ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ. МЕТОД СЕЧЕНИЙ Величиной внутренних усилий определяется степень деформации элемента конструкции и возможность разрушения в том или ином опасном сечении элемента конструкции. Внутренние усилия – силы взаимодействия между частицами тела (кристаллами, молекулами, атомами), возникающие внутри элемента конструкции, как противодействие внешним нагрузкам. Для выявления внутренних усилий пользуются методом сечений. 1. Рассечь нагруженное тело плоскостью Р на две части (рис. 1.10, а). 2. Отбросить одну из частей (рис. 1.10, б). Реальное тело представляет собой конгломерат различно ориентированных зерен, от граней которых в разных направлениях действуют элементарные внутренние усилия. 3. Заменить действие отброшенной части внутренними усилия- ми. При этом используется аппарат теоретической механики: определение равнодействующей системы сходящихся сил, параллельных сил, перенос сил в заданную точку – центр тяжести сечения 0 (рис. 1.10, в). По- лученные в результате приведения главный вектор R и главный момент M спроецировать на главные оси инерции z, y и геометрическую ось x. 4. Уравнения равновесия позволяют определить внутренние усилия. Всего их шесть: три силы – проекции главного вектора R (рис. 1.10, г): Σx = 0; N = … Продольное усилие от англ. normal Σy = 0; Qy =… Поперечное усилие Σz = 0; Qz =… Поперечное усилие от нем. querlaufend и три момента – проекции главного момента М: ΣMx = 0; T = … Крутящий момент от англ. torsional, torque ΣMy = 0; My =… Изгибающий момент ΣMz = 0; Mz =… Изгибающий момент от англ. moment Таким образом, можно сформулировать правило определения внутренних силовых факторов: внутренние силы N, Qy, Qz численно равны алгебраической сумме проекций всех внешних сил (в том числе и реакций), приложенных к брусу по одну сторону от рассматриваемого сечения. Аналогично: внутренние моменты T, My, Mz численно равны алгебраической сумме моментов от внешних сил, действующих по одну сторону от рассматриваемого сечения. Какую именно сторону, правую или левую, верхнюю или нижнюю следует рассматривать, зависит от схемы нагружения. Предпочтение следует отдавать более простому варианту. Принимая во внимание важность описанных выше процедур, запишем кратко последовательность основных этапов метода сечения: Р – рассечь тело на две части плоскостью; О – отбросить одну из частей тела; З – заменить действие отброшенной части внутренними усилиями; У – уравнения равновесия составить. Единица измерения усилий – ньютон (обозначение: Н). Это производная единица. Исходя из второго закона Ньютона (F = m•a) она определяется как сила, изменяющая за 1 с скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы. Таким образом, 1 Н = 1 кг•м/с2. Измерять силу в ньютонах стали спустя два века после смерти великого ученого, когда была принята система СИ. 1 Н = 0,10197162 кгс; 1 кгс = 9,80665 Н. Каждая компонента внутренних усилий характеризует сопротивление тела какому-либо одному виду деформации – простому сопротивлению. Например, при N ≠ 0, будет растяжение или сжатие. При Q ≠ 0 имеет место сдвиг, при Т ≠ 0 – кручение, а при М ≠ 0 – изгиб. При наличии двух и более компонентов будет сложное сопротивление тела.
Читайте также: