background image

1

1

Mechanika ogólna

Mechanika ogólna

Wykład nr 2

Wykład nr 2

Wypadkowa dowolnego układu sił.

Wypadkowa dowolnego układu sił.

Równowaga.

Równowaga.

Rodzaje sił i obciążeń.

Rodzaje sił i obciążeń.

Rodzaje ustrojów prętowych.

Rodzaje ustrojów prętowych.

Wyznaczanie reakcji.

Wyznaczanie reakcji.

Wypadkowa układu sił 

Wypadkowa układu sił 

równoległych

równoległych

n

n

Przyłożenie układu 

Przyłożenie układu 

zerowego (układ sił 

zerowego (układ sił 

równoważących się, 

równoważących się, 

np. dwie siły o 

np. dwie siły o 

takiej samej mierze, 

takiej samej mierze, 

linii działania i 

linii działania i 

przeciwnych 

przeciwnych 

zwrotach) nie 

zwrotach) nie 

wpływa na stan 

wpływa na stan 

równowagi ciała.

równowagi ciała.

W

P

1

P

2

Z

Z

Z

Z

W

2

W

1

W

1

W

2

P

2

P

1

P

1

P

2

2

2

background image

Moment siły 

Moment siły 

(1)

(1)

n

n

Moment siły względem punktu

Moment siły względem punktu –– iloczyn 

iloczyn 

wektorowy promienia wodzącego, czyli 

wektorowy promienia wodzącego, czyli 

wektora łączącego omawiany punkt i punkt 

wektora łączącego omawiany punkt i punkt 

przyłożenia siły, oraz wektora siły:

przyłożenia siły, oraz wektora siły:

P

r

M

´

=

P

O

a

sin

P

r

M

P

O

×

=

a

sin

×

=

^

r

r

P

r

M

P

O

×

=

^

3

3

O

P

r

r

a

a

Moment siły 

Moment siły 

(2)

(2)

n

n

Moment siły względem prostej

Moment siły względem prostej --
Momentem względem prostej 

Momentem względem prostej 

nazywamy iloczyn wektorowy 

nazywamy iloczyn wektorowy 
promienia wodzącego, czyli wektora 

promienia wodzącego, czyli wektora 
łączącego punkt prostej najbliższy 

łączącego punkt prostej najbliższy 
kierunkowi siły i punkt przyłożenia siły, 

kierunkowi siły i punkt przyłożenia siły, 
i wektora siły:

i wektora siły:

M

M

ll

=

=rr

×× PP

4

4

background image

Para sił

Para sił

n

n

Parę sił

Parę sił stanowią dwie siły o równoległych 

stanowią dwie siły o równoległych 

liniach działania, o przeciwnych zwrotach, 

liniach działania, o przeciwnych zwrotach, 

zaś o tych samych miarach. 

zaś o tych samych miarach. 

n

n

Ramię pary sił

Ramię pary sił –– odległość pomiędzy 

odległość pomiędzy 

kierunkami sił nosi nazwę ramienia pary sił.

kierunkami sił nosi nazwę ramienia pary sił.

P

P

P

=

=

2

1

Pa

M

=

P

1

P

2

a

5

5

Dowolny płaski układ sił 

Dowolny płaski układ sił 

(1)

(1)

n

n

Redukcja do siły wypadkowej 

Redukcja do siły wypadkowej 

przyłożonej w biegunie redukcji i 

przyłożonej w biegunie redukcji i 

wypadkowego momentu względem 

wypadkowego momentu względem 

tego bieguna.

tego bieguna.

n

n

Siły składowe mogą zostać 

Siły składowe mogą zostać 

przeniesione do bieguna redukcji, 

przeniesione do bieguna redukcji, 

pod warunkiem przyłożenie 

pod warunkiem przyłożenie 

momentu od tych sił względem 

momentu od tych sił względem 

bieguna redukcji.

bieguna redukcji.

6

6

background image

Dowolny płaski układ sił 

Dowolny płaski układ sił 

(2)

(2)

n

n

Wypadkową siłę wyznacza się dla układu 

Wypadkową siłę wyznacza się dla układu 

zbieżnego przyłożonego w biegunie 

zbieżnego przyłożonego w biegunie 

redukcji.

redukcji.

n

n

Wypadkowy moment jest równy sumie 

Wypadkowy moment jest równy sumie 

momentów od sił składowych.

momentów od sił składowych.

1

n

i

i

=

=

å

W

P

1

1

n

n

o

i

i

io

i

i

=

=

=

´ =

å

å

M

r P

M

7

7

Przykład 

Przykład 

(1)

(1)

x

y

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

a

3

a

2

P

1x

P

1y

P

1

a

1

(x ,y )

1

1

(x ,y )

3

3

(x ,y )

2

2

0

8

8

background image

Przykład 

Przykład 

(2)

(2)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

a

1

a

3

a

2

P

1

M

P1

0

0

1

1

1

1

1

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

-

=

9

9

Przykład 

Przykład 

(3)

(3)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

a

1

a

3

a

2

M

P2

0

0

P

2

2

2

2

2

2

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

-

=

10

10

background image

Przykład 

Przykład 

(4)

(4)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

a

1

a

3

a

2

M

P3

0

0

P

3

3

3

3

3

3

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

-

=

11

11

Przykład 

Przykład 

(5)

(5)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

a

1

a

3

a

2

M

0

0

W

3

0

2

0

1

0

0

P

P

P

M

M

M

M

+

+

=

12

12

background image

Dowolny płaski układ sił 

Dowolny płaski układ sił 

(3)

(3)

n

n

Wypadkowy moment może zostać 

Wypadkowy moment może zostać 
przedstawiony jako:

przedstawiony jako:

–– wektor momentu;

wektor momentu;

–– para sił;

para sił;

–– moment od siły wypadkowej przyłożonej 

moment od siły wypadkowej przyłożonej 

nie w biegunie redukcji, a na linii 

nie w biegunie redukcji, a na linii 

działania wyznaczonej w taki sposób, że 

działania wyznaczonej w taki sposób, że 
moment od siły wypadkowej równy jest 

moment od siły wypadkowej równy jest 

momentowi od sił składowych.

momentowi od sił składowych.

13

13

Moment od wypadkowej

Moment od wypadkowej

x

y

W

y

M

0

0

W

a

W

W

x

x

0

y

0

0

0

0

x

W

y

W

M

y

x

+

-

=

x

y

W

M

x

W

y

0

0

0

-

=

x

W

M

x

y

0

0

0

tg

-

=

a

14

14

background image

Uogólnienie w przestrzeni

Uogólnienie w przestrzeni

n

n

Układ sił 

Układ sił zbieżnych

zbieżnych –– redukcja do siły 

redukcja do siły 

wypadkowej przyłożonej w punkcie 

wypadkowej przyłożonej w punkcie 

zbieżności.

zbieżności.

n

n

Dowolny

Dowolny przestrzenny układ sił 

przestrzenny układ sił ––

redukcja do wypadkowej siły i 

redukcja do wypadkowej siły i 
wypadkowego momentu.

wypadkowego momentu.

15

15

16

16

Stan równowagi

Stan równowagi

n

n

Równowaga statyczna

Równowaga statyczna
Punkt materialny (ciało sztywne) jest 

Punkt materialny (ciało sztywne) jest 
w  równowadze, jeżeli pod wpływem 

w  równowadze, jeżeli pod wpływem 

układu sił, nie porusza się on lub 

układu sił, nie porusza się on lub 
porusza się ruchem jednostajnym 

porusza się ruchem jednostajnym 
prostoliniowym. Taki układ sił nazywa 

prostoliniowym. Taki układ sił nazywa 
się zrównoważonym lub 

się zrównoważonym lub 
równoważnym zeru.

równoważnym zeru.

background image

17

17

Oswobodzenie z więzów

Oswobodzenie z więzów

n

n

Ciało nieswobodne można myślowo 

Ciało nieswobodne można myślowo 
oswobodzić z więzów, zastępując ich 

oswobodzić z więzów, zastępując ich 

działanie reakcjami.

działanie reakcjami.

n

n

Ciało oswobodzone z więzów można 

Ciało oswobodzone z więzów można 
traktować jako swobodne pod 

traktować jako swobodne pod 
działaniem sił czynnych (obciążeń) i 

działaniem sił czynnych (obciążeń) i 
biernych (reakcji).

biernych (reakcji).

18

18

Rodzaje sił w mechanice 

Rodzaje sił w mechanice 

n

n

W mechanice wyróżnia się następujące 

W mechanice wyróżnia się następujące 
rodzaje sił:

rodzaje sił:

–– siły zewnętrzne

siły zewnętrzne -- obciążenie 

obciążenie 

pochodzące od innych ciał;

pochodzące od innych ciał;

–– reakcje

reakcje -- siły zewnętrzne wynikające ze 

siły zewnętrzne wynikające ze 

sposobu zamocowania konstrukcji;

sposobu zamocowania konstrukcji;

–– siły wewnętrzne

siły wewnętrzne -- wzajemne 

wzajemne 

oddziaływanie pomiędzy częściami ciała.

oddziaływanie pomiędzy częściami ciała.

background image

19

19

Więzy 

Więzy –

– nacisk 

nacisk 

(1)

(1)

n

n

Powierzchnia płaska na płaszczyźnie:

Powierzchnia płaska na płaszczyźnie:

–– reakcja prostopadła do płaszczyzny styku;

reakcja prostopadła do płaszczyzny styku;

n

n

Przekrój kołowy na płaszczyźnie:

Przekrój kołowy na płaszczyźnie:

–– reakcja prostopadła do płaszczyzny styku 

reakcja prostopadła do płaszczyzny styku 
(stycznej w punkcie styczności);

(stycznej w punkcie styczności);

G

R

G

G

G

R

20

20

Więzy 

Więzy –

– nacisk 

nacisk 

(2)

(2)

n

n

Przekrój kołowy oparty o przekrój kołowy:

Przekrój kołowy oparty o przekrój kołowy:

–– reakcja prostopadła do stycznej obu ciał w 

reakcja prostopadła do stycznej obu ciał w 

punkcie styku (wzdłuż prostej łączącej środki 

punkcie styku (wzdłuż prostej łączącej środki 

okręgów);

okręgów);

n

n

Punkt na płaszczyźnie:

Punkt na płaszczyźnie:

–– reakcja prostopadła do płaszczyzny.

reakcja prostopadła do płaszczyzny.

G

A

B

C

Q

G

A

B

C

Q

R

A

R

B

R

C

R

A

Q

R

C

R

D

R

D

G

R

B

background image

21

21

Równowaga dwóch sił

Równowaga dwóch sił

n

n

Układ dwóch sił pozostaje w 

Układ dwóch sił pozostaje w 

równowadze, jeżeli siły te leżą na 

równowadze, jeżeli siły te leżą na 

jednej prostej, mają przeciwne zwroty 

jednej prostej, mają przeciwne zwroty 

i takie same miary.

i takie same miary.

G

R

=

G

R

-

=

G

G

R

22

22

Równowaga trzech sił

Równowaga trzech sił

n

n

Układ trzech sił jest zrównoważony, 

Układ trzech sił jest zrównoważony, 

jeżeli siły te tworzą płaski układ sił, 

jeżeli siły te tworzą płaski układ sił, 

przecinają się w jednym punkcie, zaś 

przecinają się w jednym punkcie, zaś 

wielobok sznurowy zbudowany z tych 

wielobok sznurowy zbudowany z tych 

sił jest zamknięty. 

sił jest zamknięty. 

G

A

B

R

B

G

R

A

R

B

R

A

G

background image

23

23

Równania równowagi 

Równania równowagi 
punktu  materialnego

punktu  materialnego

n

n

II zasada dynamiki Newtona:

II zasada dynamiki Newtona:

n

n

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 
równowagi statycznej, to:

równowagi statycznej, to:

P

a

= m

a

P

=

Þ

=

0

0

24

24

Równania równowagi ciała 

Równania równowagi ciała 
sztywnego (siły zbieżne)

sztywnego (siły zbieżne)

n

n

II zasada dynamiki Newtona:

II zasada dynamiki Newtona:

n

n

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 
równowagi statycznej, to:

równowagi statycznej, to:

P

P

P

P

P

a

1

2

3

4

n

+

+

+

+.......

= m

a

P

=

Þ

=

å

0

0

i

i=1

n

background image

25

25

Układ sił zbieżnych

Układ sił zbieżnych

n

n

Układ sił, przyłożonych do ciała 

Układ sił, przyłożonych do ciała 

sztywnego, których kierunki działania 

sztywnego, których kierunki działania 

przecinają się w jednym punkcie

przecinają się w jednym punkcie

Układ takich sił jest w równowadze, 

Układ takich sił jest w równowadze, 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

tworzą wielobok zamknięty.

tworzą wielobok zamknięty.

W

P

P

P

P

P

P

=

=

å

1

2

3

4

n

i=1

n

+

+

+

+.......

=

i

0

26

26

Płaski układ sił zbieżnych

Płaski układ sił zbieżnych

n

n

Układ sił, przyłożonych do ciała 

Układ sił, przyłożonych do ciała 

sztywnego, których kierunki działania 

sztywnego, których kierunki działania 

leżą w jednej płaszczyźnie 

leżą w jednej płaszczyźnie i i 

przecinają się w jednym punkcie. 

przecinają się w jednym punkcie. 

Układ takich sił jest w równowadze, 

Układ takich sił jest w równowadze, 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

tworzą wielobok zamknięty.

tworzą wielobok zamknięty.

W

P

P

P

P

P

P

=

=

å

1

2

3

4

n

i=1

n

+

+

+

+.......

=

i

0

background image

27

27

Równania równowagi 

Równania równowagi 

układu sił zbieżnych

układu sił zbieżnych

n

n

Aby siły zbieżne były w równowadze, 

Aby siły zbieżne były w równowadze, 
sumy rzutów tych sił na osie układu 

sumy rzutów tych sił na osie układu 

współrzędnych muszą być równe zeru. 

współrzędnych muszą być równe zeru. 

.

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

å

å

å

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

P

P

P

28

28

Równania równowagi 

Równania równowagi 
płaskiego układu sił zbieżnych

płaskiego układu sił zbieżnych

n

n

Aby siły zbieżne, leżące w jednej 

Aby siły zbieżne, leżące w jednej 
płaszczyźnie, były w równowadze, 

płaszczyźnie, były w równowadze, 

sumy rzutów tych sił na osie układu 

sumy rzutów tych sił na osie układu 
współrzędnych muszą być równe zeru.

współrzędnych muszą być równe zeru.

.

0

;

0

1

1

=

=

å

å

=

=

n

i

iy

n

i

ix

P

P

background image

29

29

Warunki równowagi układu 

Warunki równowagi układu 
zbieżnego (podsumowanie)

zbieżnego (podsumowanie)

Wypadkowa układu sił musi być równa 0, tj. 

Wypadkowa układu sił musi być równa 0, tj. 

zamyka się wielobok sznurowy sił 

zamyka się wielobok sznurowy sił 

(graficznie), a sumy rzutów sił układu na 

(graficznie), a sumy rzutów sił układu na 

osie układu współrzędnych muszą być 

osie układu współrzędnych muszą być 

równe zeru (analitycznie). 

równe zeru (analitycznie). 

n

n

Przestrzenny układ sił

Przestrzenny układ sił

n

n

Płaski układ sił

Płaski układ sił

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

å

å

å

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

P

P

P

;

0

;

0

1

1

=

=

å

å

=

=

n

i

iy

n

i

ix

P

P

30

30

Równania równowagi ciała 

Równania równowagi ciała 
sztywnego (dowolny układ sił)

sztywnego (dowolny układ sił)

n

n

Jeżeli ciało sztywne jest w stanie 

Jeżeli ciało sztywne jest w stanie 
równowagi statycznej, 

równowagi statycznej, to dodatkowo:

to dodatkowo:

å

å

å

=

=

=

´

-

=

´

=

´

=

n

i

n

i

i

i

i

i

n

i

i

i

o

m

m

1

1

1

)

(

r

a

a

r

P

r

M

0

0

o

= Þ

=

a

M

background image

31

31

Warunki równowagi 

Warunki równowagi 

dowolnego układu sił 

dowolnego układu sił 

(1)

(1)

n

n

Płaski układ sił

Płaski układ sił

lub

lub

lub

lub

l

C

B

A

M

M

M

n

i

iC

n

i

iB

n

i

iA

Ï

=

=

=

å

å

å

=

=

=

,

,

0

;

0

;

0

1

1

1

1

1

1

0;

0;

0

n

n

n

ix

iA

iB

i

i

i

P

M

M

AB

x

=

=

=

=

=

=

^

å

å

å

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

å

å

å

=

=

=

n

i

iO

n

i

iy

n

i

ix

M

P

P

32

32

Warunki równowagi 

Warunki równowagi 

dowolnego układu sił 

dowolnego układu sił 

(2)

(2)

n

n

Przestrzenny układ sił

Przestrzenny układ sił

0

;

0

;

0

0

;

0

;

0

1

1

1

1

1

1

=

=

=

=

=

=

å

å

å

å

å

å

=

=

=

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

M

M

M

P

P

P

background image

33

33

Przykład 

Przykład 

(dwa układy zbieżne) 

(dwa układy zbieżne) 

(1)

(1)

G

A

B

C

Q

r

R

a

b

a

b

d

R

d-R

R

+r

R-r

y

1

y

2

(

) (

)

2

2

2

r

R

r

R

y

-

-

+

=

r

R

y

+

=

2

sin

b

r

R

r

R

+

-

=

b

cos

(

)

2

2

1

R

d

R

y

-

-

=

R

y

1

sin

=

a

R

r

d

-

=

a

cos

34

34

Przykład 

Przykład 

(dwa układy zbieżne) 

(dwa układy zbieżne) 

(2)

(2)

å

=

-

=

0

cos

C

D

R

R

X

b

å

=

-

=

0

sin

Q

R

Y

D

b

å

=

-

-

=

0

cos

cos

b

a

D

B

A

R

R

R

X

å

=

-

-

=

0

sin

sin

b

a

D

A

R

G

R

Y

Q

Q

R

C

R

D

R

D

R

C

b

b

R

B

G

R

A

R

D

G

R

A

R

D

R

B

a

a

b

background image

35

35

Przykład 

Przykład 

(układ niezbieżny)

(układ niezbieżny)

å

=

-

-

=

0

cos

C

B

A

R

R

R

X

a

å

=

-

-

=

0

sin

G

Q

R

Y

A

a

(

)

å

=

-

×

-

×

=

0

2

1

r

R

Q

y

R

M

C

o

G

A

B

C

Q

r

R

R

A

R

B

R

C

a

b

R

d-R

R

+r

R-r

y

1

y

2

b

a

O

1

O

2

36

36

Równowaga par sił

Równowaga par sił

n

n

Aby układ par sił, działających w 

Aby układ par sił, działających w 
jednej płaszczyźnie na ciało sztywne, 

jednej płaszczyźnie na ciało sztywne, 

znajdował się w równowadze, suma 

znajdował się w równowadze, suma 
momentów tych par musi być równa 

momentów tych par musi być równa 
zero.

zero.

0

1

=

å

=

n

i

i

M

P

1

a

1

P

1

P

2

a

2

P

2

P

3

a

3

P

3