Основні поняття статики. Сила та система сил

Статика — розділ теоретичної механіки, у якому вивчають умови рівноваги тіл під дією сил. Головна мета статики — навчитися замінювати складну систему сил простішою еквівалентною системою та встановлювати, коли тіло перебуває в рівновазі.

Сила

Сила — векторна фізична величина, що характеризує механічну взаємодію тіл. Дія сили визначається трьома основними характеристиками:

• модулем сили;
• напрямом дії;
• точкою прикладання.

Як задають силу

Силу зображають напрямленим відрізком — вектором. Початок вектора відповідає точці прикладання, напрям стрілки показує напрям дії сили, а довжина вектора в обраному масштабі характеризує її модуль.

Пряма, вздовж якої напрямлена сила, називається лінією дії сили. У системі SI одиницею сили є ньютон (Н).

Система сил

Системою сил називають сукупність сил, що одночасно діють на тіло.

Залежно від розташування ліній дії розрізняють:

• колінеарні сили — діють уздовж однієї прямої;
• збіжні сили — їхні лінії дії перетинаються в одній точці;
• паралельні сили — мають паралельні лінії дії;
• довільну плоску систему сил — сили лежать в одній площині, але їхні лінії дії можуть мати довільне розташування;
• просторову систему сил — сили не обмежені однією площиною.

Еквівалентні системи сил

Дві системи сил називають еквівалентними, якщо вони чинять на тверде тіло однакову механічну дію. У розрахунках складну систему сил часто замінюють простішою еквівалентною системою.

Рівнодійна

Якщо систему сил можна замінити однією силою, яка має таку саму механічну дію, цю силу називають рівнодійною.

Для двох сил, що діють уздовж однієї прямої в одному напрямі, модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів сил. Якщо сили напрямлені протилежно — модуль рівнодійної дорівнює модулю їх різниці, а напрям збігається з напрямом більшої сили.

Рівновага

Система сил називається зрівноваженою, якщо під її дією тіло не набуває прискорення. Для найпростішого випадку двох сил рівновага можлива, якщо сили:

• рівні за модулем;
• протилежно напрямлені;
• діють уздовж однієї прямої.

Приклад

На тіло діють дві сили вздовж однієї прямої: 80 Н праворуч і 50 Н ліворуч. Рівнодійна має модуль 30 Н і напрямлена праворуч. Отже, система не є зрівноваженою.