Аксиома 5.

Аксиома 5. Равновесие деформируемого тела не нарушится, если жестко связать его точки и считать тело абсолютно твердым. Этой аксиомой пользуются в тех слу­чаях, когда речь идет о равновесии тел, ко­торые нельзя считать твердыми. Приложенные к таким телам внешние силы должны удов­летворять условиям равновесия твердого тела, однако для нетвердых тел эти условия являются лишь необходимыми, но не доста­точными. Например, для равновесия абсолютно твердого не­весомого стержня необходимо и достаточно, чтобы приложенные к концам стержня силы F и F' действовали по прямой, соединяю­щей его концы, были равны по модулю и нап­равлены в разные стороны. Эти же условия необходимы и для равновесия отрезка неве­сомой нити, но для нити они недостаточны— необходимо дополнительно потребовать, чтобы силы, действующие на нить, были растягивающими (рис. 1.12, б), в то время как для стержня они могут быть и сжимающими (рис. 1.12, а).

Рассмотрим случай эквивалент­ности нулю трех непараллельных сил, приложенных к твердому телу (рис. 1.13, а). Теорема о трех непараллельных силах. Если под действием трех сил тело находится в равновесии и линии действия двух сил пересекаются, то все силы лежат в одной плоскости, и их линии дей­ствия пересекаются в одной точке.Пусть на тело действует система трех сил F₁, F₃ и F₃, причем линии действия сил F₁ и F₂ пересекаются в точке А (рис. 1.13, а). Согласно следствию из аксиомы 2 силы F₁ и F₂ можно перенести в точку А (рис. 1.13, б), а по аксиоме 3 их можно за­менить одной силой R, при­чем (рис. 1.13, в) R=F₁+F₂. Таким образом, рассматриваемая система сил приведе­на к двум силам R и F₃ (рис. 1.13, в). По условиям теоремы тело находится в равновесии, следовательно, по аксиоме 1 силы R и F₃ должны иметь общую линию действия, но тогда линии действия всех трех сил должны пересекаться в одной точке.

Вопрос 4. Активные силы и реакции связей.

Тело назыв свободным, если его перемещения ничем не ограничены. Тело, перемещения которого ограничены другими телами, называется несвободным, а тела, ограничивающие перемещения данного тела,– связями.В точках контакта возникают силы взаимодействия между дан­ным телом и связями. Силы, с которыми связи действуют на данное тело, назы­ваются реакциями связей.

Принцип освобождаемоcти: всякое  несвободное тело можно рассматривать как свободное, если действие связей заменить реакциями  их, приложенными  к  данному  телу.

В статике полностью определить реакции связей можно с по­мощью условий или уравнений равновесия тела, которые будут установлены в дальнейшем, но направления их во многих случаях можно определить из рассмотрения свойств связей. В качестве простейшего примера на рис. 1.14, а представлено тело, точка М которого соединена с неподвижной точкой О при помощи стержня, весом которого можно пренебречь; концы стержня имеют шарниры, допускающие свободу вращения. В данном случае для тела связью служит стержень ОМ; стеснение свободы перемещения точки М выражается в том, что она вынуждена находиться на неизменном удалении от точки О. Сила действия на такой стержень должна быть направлена по прямой ОМ, и согласно аксиоме 4 сила противодей­ствия стержня (реакция) R должна быть направлена вдоль той же прямой. Т. о., направление реакции стержня совпадает с прямой ОМ (рис. 1.14, б). Аналогично сила реакции гибкой нерастя­жимой нити должна быть направлена вдоль нити. На рис. 1.15 показано тело, висящее на двух нитях, и реакции нитей R₁ и R₂. Силы, действующие на несвободное тело, делят на две категории. Одну кате­горию образуют силы, не зависящие от связей, а другую– реакции связей. При этом реакции связей носят пассив­ный характер– они возникают потому что на тело действуют силы первой категории. Силы, не зависящие от связей, называют активными, а реакции связей– пассивными силами. На рис. 1.16, а вверху показаны две равные по модулю активные силы F₁ и F₂, растягивающие стержень АВ, внизу показаны реак­ции R₁ и R₂ растянутого стержня. На рис. 1.16, б вверху показаны активные силы F₁ и F₂, сжимающие стержень, внизу показаны реакции R₁ и R₂ сжатого стержня.

Связи

На тело влияют внешние силы, а так же другие материальные тела, ограничивающие перемещение данного тела в пространстве. Такие тела называют связями. Сила, с которой связь действует на тело, ограничивая его перемещение, называется реакцией связи. Для записи условия равновесия системы связи убирают, а реакции связей заменяют на равные им силы.

Например, если тело закреплено на шарнире, то шарнир является связью. Реакцией связи при этом будет сила, проходящая через ось шарнира.