Определение реакций идеальных связей аналитическим способом вариант 1

Раздел I самостоятельные и контрольные работы

Глава 1 теоретическая механика. Статика

1.1. Определение реакций идеальных связей аналитическим способом

1. Указывают точку, равновесие которой рассматривается. В задачах для самостоятельной работы такой точкой является центр тяжести тела или точка пересечения всех стержней и ни­тей.

2. Прикладывают к рассматриваемой точке активные силы. В задачах для самостоятельной работы активными силами явля­ются собственный вес тела или вес груза, которые направлены вниз (правильнее — 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 буквой G.

3. Мысленно отбрасывают связи, заменяя их действие реакция­ми связей. В предлагаемых задачах используются три вида свя­зей — идеально гладкая плоскость, идеально жесткие прямоли­нейные стержни и идеально гибкие нити, — в дальнейшем име­нуемые соответственно плоскостью, стержнем и нитью.

При замене связей их реакциями следует помнить, что реак­ция плоскости направлена по нормали (перпендикуляру) к ней в точке контакта (соприкосновения), а реакции стержня и нити — по их осям. При этом реакция плоскости направлена от нее и проходит через центр тяжести тела, а реакция нити — от рас­сматриваемой точки или тела (нить всегда испытывает растяже­ние). Направление реакции стержня заранее неизвестно, поэто­му оно может быть принято произвольно. Если направление ре­акции стержня трудно определить из схемы, то его принимают растянутым, и реакцию направляют от рассматриваемой точки. Истинное направление будет установлено после решения урав­нений.

Реакции нити и стержня принято называть усилиями. Реак­цию плоскости обозначают буквой R, а усилие в нити и стерж­не — S или N. В дальнейшем, если не указывается вид связи или говорится о разных связях, то будет применяться термин «реак­ция».

К рассматриваемой точке прикладывают реакции связей. Луч­ше сделать это на отдельном чертеже, выполненном схематиче­ски, придерживаясь масштаба при изображении углов. В резуль­тате получают систему трех сходящихся сил. Активная сила (груз или собственный вес тела) известна, а реакции связей (их две) не­известны.

4. Выбирают положение прямоугольной системы координат, Начало координат совмещают с точкой, равновесие которой рас­сматривается. Положение осей может быть выбрано произволь­но и на конечном результате при правильном решении это не отражается. Обычно используют один из двух приемов для выбо­ра направления осей координат. Первый: одну из осей (любую) направляют так, чтобы она совпала с направлением одной из не­известных реакций, а другая при этом составляла бы с первой угол 90°. Второй: ось у направляют вертикально, а ось х — гори­зонтально. В частном случае возможен еще один прием для рас­положения осей: если система сил имеет ось симметрии, то одну из координатных осей совмещают с ней.

Во всех случаях следует определить углы между реакциями и координатными осями и указать их на чертеже.

5. Составляют уравнения равновесия вида:

Напомним, что проекцией силы на ось является произведение модуля (величины) этой силы на косинус угла между направления­ми действия силы и 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 ставиться знак «минус».

Решают систему двух уравнений с двумя неизвестными. При этом если одна из осей совпадает с неизвестной реакцией, то одно из двух уравнений содержит только одно неизвестное, что упрощает решение системы.

Если ответ получится со знаком «минус», то это означает, что направление реакции на чертеже было выбрано неверно, т.е. если до составления уравнений равновесия стержень предпола­гался растянутым, то в действительности он будет сжатым, и на­оборот. Такой ответ не является ошибкой решения (если оно выполнено верно), так как чертеж и ответ вместе дают возмож­ность указать истинное направление реакции.

6. Выполняют проверку решения. Обычно она делается графи­ческим или другими способами, но может быть выполнена и аналитически. Для этого следует изменить положение осей ко­ординат и решить задачу в новой системе. Ответы должны быть одинаковыми.

Пример 1. Определить величину и направление реакций свя­зей для схемы, приведенной на рис. 1, а под действием груза С = 30 кН. Проверить правильность определения реакций.

Решение. 1. В задаче рассматривается равновесие тела, опи­рающегося на плоскость и подвешенного на нити. Заменим тело точкой 0, совпадающей с центром тяжести.

2. Приложим к точке О активную силу, которой является соб­ственный вес тела G. Направим ее вниз (рис. 1, б).

3. Мысленно отбросим связи — плоскость и нить. Заменим их действие на точку 0 реакциями связей. Реакция плоскости (обо­значим ее R) проходит по нормали к плоскости в точке А, а ре­акция или усилие в нити (обозначим ее 5) — по нити от точки. Обе реакции и вес тела или линии их действия должны пересе­каться в точке 0.

Изобразим действующие силы в виде системы трех сходя­щихся сил на отдельном чертеже (рис. 1, в).

4. Выберем положение системы координат. Начало координат совмещаем с точкой 0. Ось х совмещаем с направлением линии действия реакции R, а ось у направим перпендикулярно оси х (рис. 1, г). Определим утлы между осями координат и реакциями R и S. Обычно рис. 1, б и 1, в не выполняют отдельно, а сразу от рис. 1, а переходят к рис. 1, г. Можно было ось у совместить с усилием S, и ось х направить по углом 90°, тогда решение было бы другим.

5. Составим сумму проекций всех сил на оси координат:

1) £ X = R + S cos 60° — G cos 40° — 0;

2)]Ty = Scos30 0 -Gcos50 0 = 0.

Решим систему уравнений. Из второго уравнения находим

Из первого уравнения находим

6. Проверим решение, для чего расположим оси координат, как показано на рис. 1, д. Составим уравнения равновесия для вновь принятых осей:

Решим систему уравнений способом подстановки. Из первого уравнения найдем R:

Подставим это выражение во второе уравнение:

Теперь найдем R:

Очевидно, что при расположении осей, как показано на рис. 1, д, вычисления оказались более сложными.

Пример 2. Определить усилия в нити и стержне кронштейна, показанного на рис. 2, а, если G= 20 кН.

Решение. 1. Рассмотрим равновесие точки А (или узла А), в которой сходятся все стержни и нити.

2. Активной силой является вес груза G, направленный вниз (рис. 2, б).

3. Отбросим связи: стержень и нить. Усилие в нити обозна­чим S\ и направим от точки А, так как нить может испытывать только растяжение. Усилие в стержне обозначим S₂ и тоже на­правим от точки А, предполагая что стержень АС растянут (рис. 2, б).

Выполним на отдельном чертеже схему действия сил в точке А (рис. 2, в).

4. Выберем положение системы координат. Начало коорди­нат совмещаем с точкой А (рис. 2, г). Ось х совмещаем с лини­ей действия усилия S₁ , а ось у располагаем перпендикулярно оси х. Укажем углы между осями координат и усилиями Si и S₂.

5. Составим уравнения равновесия:

Из второго уравнения находим

Из первого уравнения находим

Знак «минус» перед S₂ свидетельствует о том, что стержень АС не растянут, как предполагалось, а сжат.

6. Проверку решения предлагаем выполнить самостоятельно, расположив оси координат так, как показано на рис. 2, д.

Величина усилий зависит от углов наклона стержня и нити. Например, если на рис. 2, а угол 70° заменить на 60°, сохранив угол 30 Р , то усилия будут равны: Si = 20 кН, S₂ = -34,64 кН. А при угле 50° S_< = 29,26 кН, S₂ = -44,8 кН. Оба усилия растут и становятся больше веса груза.

Пример 3. Как изменятся усилия в стержне и нити, если груз будет перекинут через блок, как показано на рис. 3, а>.

Остальные данные — в примере 2.

Решение. 1. Рассматриваемой точкой остается точка А. 1. Активная сила (вес груза G) действует на точку горизон­тально слева направо, так как груз перекинут через блок.

3. Усилия Si и S₂ прикладываем к точке А, как в примере 2.

4. Выбираем систему координат, как показано на рис. 3, б.

5. Составляем и решаем уравнения равновесия:

Из первого уравнения находим

Из второго уравнения находим

Ответ: Si = 26,94 кН; S₂ = -10,64 кН при принятом направле­нии усилий на чертеже. Усилие Si увеличилось, S₂ — уменьши­лось, а знаки не изменились.

Задание для самостоятельной работы 1. Определить величину и на­правление реакций связей по данным одного из вариантов, показан­ных на рис. 4.

Источник

Расчетно-графическая работа. Определение реакций связей. Аналитический способ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ СТЕРЖНЕЙ

Последовательность решения задачи

1. Выбрать тело (точку), равновесие которого следует рассматривать.

2. Освободить тело (шарнир В) от связей и изобразить действующие на него силы и реакции отброшенных связей. Причем реакции стержней следует направить от шарнира В, так как принято предлагать, что стержни растянуты.

3. Выбрать оси координат и составить уравнения равновесия, используя условия равновесия системы сходящихся сил на плоскости.

Выбирая оси координат, следует учитывать, что полученные уравнения будут решаться проще, если одну из осей направить перпендикулярно одной из неизвестных сил.

4. Определить реакции стержней из решения указанной системы уравнений.

5. Проверить правильность полученных результатов, решив уравнения равновесия относительно заново выбранных координат Х и У.

Пример. Определить реакции стержней, удерживающих грузы

Рис. 1 — Схема задачи

1. Рассматриваем равновесие шарнира В (рис. 1).

2. Освобождаем шарнир В от связей и изображаем действующие на него активные силы и реакции связей (рис. 2).

3. Выбираем систему координат, совместив ось У по направлению с реакцией R ₂ (рис. 2) и составляем уравнения равновесия для системы сил, действующих на шарнир В:

Рис. 2 — Выбор систем координат

4. Определяем реакции стержней R ₁ и R ₂ решая уравнения.

Из уравнения ( 1 ) получаем

Подставляя найденное значение R ₁ в уравнение ( 2 ), получаем

R ₂ = F ₁ — F ₂  cos 60  — R ₁  cos 45  = 70 — 100  0,5 — 122  0,707 = — 66,6 кН

Знак минус перед значением R ₂ указывает на то, что первоначально выбранное направление реакции неверное — следует направить реакцию R ₂ в противоположную сторону, то есть к шарниру В (на рис. 3 истинное направление реакции R₂ показано штриховым вектором).

Рис. 3 — Истинное направление реакций

5. Проверяем правильность полученных результатов, выбрав новое расположение осей координат Х и У (рис. 4). Относительно этих осей составляем уравнения равновесия:

Рис. 4 — Выбор систем координат

å F _{i х} = 0; — R ₂  cos 45  + F ₂  cos 15  — F ₁  cos 45  = 0 (3)

Подставля ем значени я реакци й R ₁ и R ₂, полученные при решении уравнений (1) и (2), в уравнения (3) и (4).

Задача. Определить реакции стержней, удерживающих грузы F ₁ и F ₂. Массой стержней пренебречь. Схему своего варианта смотри на рисунке 5. Числовые данные своего варианта взять из таблицы 1.

Таблица 1 — Исходные данные

Номер схемы на рисунке 5

Рис. 5 — Схема задачи

Курс повышения квалификации

Охрана труда

• Сейчас обучается 95 человек из 44 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

• Сейчас обучается 335 человек из 66 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

• Сейчас обучается 171 человек из 47 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДВ-339675

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения работает над единым подходом к профилактике девиантного поведения детей

Время чтения: 1 минута

Российские школьники завоевали пять медалей на олимпиаде по физике

Время чтения: 1 минута

Руководители управлений образования ДФО пройдут переобучение в Москве

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник