Рішення задач статики при обліку сил тертя

Рішення задач статики при обліку сил тертя

Загальні правила вирішення завдань на рівновагу з урахуванням сил тертя залишаються тими ж самими, що і при відсутності тертя. Деяка відмінність полягає тільки в тому, що в рівняння рівноваги будуть входити, поряд з нормальними реакціями, також і сили тертя шорсткуватих зв'язків. Це збільшує загальне число невідомих, так як сили тертя спокою заздалегідь невідомі. В результаті задача статики, будучи статично визначеної при гладких зв'язках, може виявитися при обліку тертя статично невизначеною.

Якщо розглядати не довільне, а граничний стан рівноваги системи з тертям, то число невідомих зменшується - в цьому випадку все або деякі сили тертя приймають свої максимальні значення і можуть бути виражені за допомогою закону Кулона:

Тут - число всіх зв'язків (контактів) з тертям, - число зв'язків в стані граничної рівноваги, - відповідні коефіцієнти тертя і нормальні реакції. У завданнях з тертям кочення те ж саме можна сказати щодо моментів тертя кочення.

При визначенні напрямку сил тертя і моментів тертя керуються фізичними міркуваннями.

Дослідити рівновагу стрижня АВ вагою Р, утримуваного силами тертя під кутом до вертикалі (рис. 68). Стрижень однорідний, коефіцієнт тертя спокою між стрижнем і стінкою між стрижнем і підлогою.

Прикладаємо до стрижня діючі сили - вага Р, нормальні реакції зв'язків, сили тертя,. Це плоска довільна система сил, отже, ми можемо скласти для стержня три незалежних рівняння рівноваги.

Позначивши для зручності довжину стрижня, запишемо ці рівняння в наступному вигляді:

При довільному а в цих рівняннях містяться чотири невідомі -. Отже, завдання не має однозначного вирішення (є статично невизначеною).

Ситуація змінюється, якщо розглядати значення, відповідне граничного рівноваги. В цьому випадку для сил тертя справедливі рівності

Підставляючи їх і значення в написані рівняння рівноваги і розділивши всі члени третього рівняння на, приходимо до наступних рівнянь граничної рівноваги стрижня:

У цій системі три рівняння і три невідомі -, що відкриває можливість для отримання однозначного рішення.

З першого рівняння маємо

Підставляючи це значення в друге рівняння, отримаємо

Після цього визначається і реакція:

Підставляючи знайдені значення реакцій в третє рівняння, знаходимо:

При кутах нахилу, великих, рівновагу неможливо - стрижень зісковзує під дією сили тяжіння.

При стрижень знаходиться в рівновазі. Однак положення рівноваги при вже не будуть граничними, і знайдені значення реакцій на ці положення не поширюються. У цих положеннях завдання залишається статично невизначеною.

Таким чином, стрижень має безліч безперервно розташованих положень рівноваги. Відповідний їм інтервал значень кута визначає область рівноваги.

Якщо тертя немає область рівноваги стягується в точку - спокій стає можливим тільки для вертикально поставленого стержня. Ця ситуація зберігається і в разі. Тому підтримання рівноваги в похилому положенні за рахунок шорсткості стінки неможливо (навіть при дуже великих значеннях).

Схожі статті