Внешние и внутренние силы, классификация внешних сил

Непосредственной причиной деформаций твёрдых тел являются внешние силы. Различают поверхностные и объёмные внешние силы. Поверхностные силы обусловлены взаимодействием с другими твёрдыми, жидкими и газообразными телами и средами. Если поверхностные силы распределены на значительной части поверхности, то их называют распределёнными. Для учёта распределённых поверхностных сил должен быть задан закон их распределения по поверхности формулой, таблицей или графиком (эпюрой). Если нагрузка распределена на относительно малой площадке, то в силу принципа Сен-Венана может оказаться, что в данной задаче для учёта нагрузки достаточно определить лишь её главный вектор R0 и главный момент M0. Такие нагрузки называют сосредоточенными силами и моментами. Их изображают векторами, приложенными в точках приведения (рис.1. 2).

Рис. 1.2 а) – сложные распределённые нагрузки (пунктир) заменены более простыми статически эквивалентными;

б)- локальные нагрузки заменены равнодействующими или главным моментом.

Нужно помнить, что сосредоточенный силовой фактор является абстракцией. В действительности внешние силы всегда распределены на конечных поверхностях.

Объёмные силы приложены к каждой частице внутри объёма занимаемого телом. Это силы гравитации (веса), инерции, силы, вызываемые электромагнитными полями.

Согласно третьему закону Ньютона внешние силы должны быть уравновешены внутренними силами упругости. Их наличие легко иллюстрируется следующим простым опытом (фото на рис.1.3).

а) б)

Рис.1.3 Демонстрация действия внутренних сил

На рис. 1.3а показано нагружение концов цилиндрического кусочка мела, а на рис.1.3б его разрушение по сечению, ослабленному надрезом. Видно, что трещина прошла в сечении удалённом от поверхностей, по которым приложена внешняя нагрузка. Причиной отрыва частиц мела, очевидно, стали внутренние силы, которые в ослабленном сечении превысили силы сцепления.

Контрольные вопросы к лекции 1.

1 Что такое механическая прочность?

2 Какие понятия включает механическая прочность в широком смысле слова?

3 Что такое собственно прочность?

4 Что такое жесткость?

5 Что такое устойчивость формы упругого равновесия?

6 В чём сущность эмпирического пути обеспечения прочности?

7 В чём сущность экспериментального пути обеспечения прочности?

8 Преимущества расчётного обеспечения прочности.

9 Перечислите проблемы, которые необходимо разрешить при расчёте прочности.

10 Сопротивление материалов, место среди наук о прочности, преимущества и недостатки.

11 Общая методология, используемая в сопротивлении материалов и естественных науках.