Теоретическая механика - это отрасль механики, которая изучает общие законы, касающиеся механического движения и равновесия материальных объектов и механического взаимодействия между ними. Механическое взаимодействие - это силовое воздействие одного объекта на другой, а механическое движение - это изменение относительного положения материальных объектов. Механика - одна из древнейших наук.
Термин "Теоретическая механика" был введен знаменитым античным философом Аристотелем. Труды Архимеда содержат первые научные основы теории равновесия тел. Классическая механика основана на принципе относительности Галилео Галилея и законах Ньютона.
Достижения в области теоретической механики позволили решить сложные проблемы в инженерном деле, а также способствовали развитию фундаментальной науки.
Традиционно теоретическая механика состояла из трех частей: статики, кинематики и динамики. :)
В статике мы узнаем о природе сил, действующих на точки твердого тела, и о равновесном состоянии тел. Кинематика - это изучение движения объектов с геометрической точки зрения. Вы выбираете уравнения, описывающие движение объекта, и определяете кинематические параметры движения (траекторию, скорость, ускорение). Динамика - это изучение движения объектов в ответ на силы, действующие на материю. Основными задачами статики являются - изучить, как преобразовать сложную систему сил, действующих на абсолютно твердый объект, в простую форму, эквивалентную заданной силе - Установление условий равновесия объекта под действием заданной системы силы.
Задачи теоретической механики
Равновесие - это состояние, в котором тело находится в состоянии покоя по отношению к другим материальным телам. Равновесное состояние тела зависит в основном от того, является ли оно твердым телом, жидкостью или газом. Теоретическая механика рассматривает только равновесие твердых тел, в то время как равновесие жидкостей и газов изучается в курсах механики жидкости и аэродинамики.
Все твердые тела в природе в той или иной мере изменяют свою форму, т.е. деформируются, под воздействием внешних факторов. Для обеспечения прочности конструкции материалы и размеры компонентов выбираются таким образом, чтобы деформация была достаточно мала. При изучении равновесия мы можем пренебречь малыми деформациями твердых тел и считать их абсолютно твердыми. Абсолютное твердое тело означает, что расстояние между любыми двумя точками всегда постоянно.
Равновесие твердого тела под действием системы сил требует, чтобы эти силы удовлетворяли определенным условиям.
Теоретическая механика и термины которые её описывают
Величина, количественно описывающая механическое взаимодействие материальных тел, называется силой.
В механике задача представлена вектором и характеризуется тремя основными свойствами
- a) Числовой или модульный.
- б) Направление.
- c) Место применения.
Единицей силы в Международной системе единиц является Ньютон (Н). Однако на практике иногда используются другие единицы измерения. Линия, на которой действует задача называется линией действия силы.
Совокупность сил, действующих на твердое тело, называется системой сил. Для систем сил действительны следующие определения:
- Тело, которое не слито ни с каким другим телом и которое может подвергаться любому перемещению в пространстве, называется свободным.
- Если одна система сил, действующих на свободное тело, может быть заменена другой системой сил без изменения состояния покоя или движения, в котором находится тело, то эти две системы сил называются эквивалентными.
- Система сил, под действием которых свободное жесткое тело может оставаться в покое, называется уравновешенной или равной нулю.
- Если система сил эквивалентна одной силе, то эта задача называется равновесием этой системы сил.
Задача, равная равновесной силе, действующей в противоположных направлениях и на одной прямой, называются равновесными силами, а не по модулю Все силы, действующие на точку в механической системе, можно разделить на внешние и внутренние. Внешние силы - это силы, которые действуют на частицы одного тела со стороны другого тела, а внутренние силы - это силы, которые действуют на частицы одного тела со стороны друг друга. Сила, действующая на одну точку тела, называется сосредоточенной силой, а задача, действующая на все точки определенной поверхности или объема тела, называется распределенной силой.
Как определить координаты в теоретической механике
Существует четыре основных метода определения координат центра тяжести тела сложной формы
Метод симметрии.
- a) Если однородное тело имеет плоскость симметрии, то центр тяжести тела лежит в этой плоскости.
- b) Если однородное тело имеет ось симметрии, то центр тяжести тела лежит на этой оси.
Отсюда можно сделать вывод, что центр тяжести отрезка прямой лежит в его центре, центр тяжести круга, окружности, сферы или шара лежит в их геометрическом центре, а центр тяжести параллелограмма или параллелепипеда лежит на пересечении их диагоналей.
Метод деления - это метод деления сложной фигуры на ряд простых фигур, центры тяжести которых известны.
