Действующие силы в строительстве

 

На каждую строительную конструкцию действует большое число сил, таких, как силы сжатия и растяжения.

 

Понятие силы

 

Если потянуть рукой за спиральную пружину, то она удлинится на определенную величину. Этого же можно достигнуть, если подвесить на эту пружину определенный груз (рис. «Сила тяжести, мускульная сила»). В обоих случаях на пружину действует сила F, в данном случае как мускульная сила или вес груза. Она является причиной удлинения пружины. Если удлинения одинаковы, то и силы должны быть равны.

 

 

Единицей измерения силы в системе СИ является ньютон (Н). Десятичными кратными ньютону единицами являются деканьютон (даH), килоньютон (кН) и Меганьютон (мН).

1 даН = 10 Н, 1 кН = 1000 Н, 1 мН = 1000 кН.

Кроме мускульной силы и силы тяжести существуют еще и другие силы, например сила ветра, сила воды, магнитные силы, силы, создаваемые машинами.

 

Сила тяжести и вес тела

 

На массу тела воздействует масса Земли, создающая силу притяжения. Она называется силой тяжести F_G. Эта сила притяжения тем больше, чем больше масса тела и чем меньше расстояние до центра Земли. Сила тяжести тела задается в единицах сил Н, даH, кН или мН.

Сила тяжести или вес тела (F_G) массой (м) в 1 кг составляет:

F_G = 9,81 Н = 10Н.

Вес тела измеряется с помощью пружинных весов (динамометра). Вес тела изменяется с удалением от центра Земли. При очень большом удалении он может стать равным нулю (состояние невесомости). При этом масса тела остается везде постоянной. Массы можно измерять с помощью рычажных весов. При этом масса какого-либо тела сравнивается с отпарированными образцами масс. Эти образцы масс называются также образцами веса. Поэтому в обиходе массу тела часто называют весом (рис. «Определение силы тяжести и массы»).

 

Действие и изображение сил

 

Сила всегда необходима для того, чтобы покоящееся тело привести в движение, ускорить движение тела или его затормозить или изменить направление движения. Для изменения формы тела также необходима сила.

Действие силы зависит не только от ее величины, но и от ее направления и точки приложения. Если силы тяжести действуют всегда вертикально (см. рис. «Сила тяжести, мускульная сила»), у других сил возможны любые другие направления действия (см. рис. «Действие силы»). Продление направления действия силы называют ее линией действия. Действие не меняется, если точка приложения силы перемещается вдоль ее линии действия (рис. «Действие силы»). Силы изображают в виде стрелок (рис. «Представление сил на рисунке»). Длина стрелки показывает с помощью масштаба сил М_к (например, 1 см = 150 Н) величину силы. Направление стрелки обозначает направление силы.

Если на какое-либо тело действует сила, то возникает сила противоположного направления, как, например, при зажиме строительной стали в тисках.

Силе F противодействует одинаковая по величине, но противоположная по направлению сила F (рис.»Одинаковые по величине, противоположно направленные силы»). Так как сила и противосила одинаковы по величине, то имеет место равновесие.

Одинаковые по величине, но действующие в противоположных направлениях силы взаимно уничтожаются. Имеет место состояние равновесия. Тело остается в покое или находится в равномерном прямолинейном движении (см. рис. «Одинаковые по величине, противоположно направленные силы»).

 

Сложение и разложение сил

 

Две силы или несколько могут действовать по одной линии или под углом друг к другу.

 

Сила на одной линии действия

 

Силы на одной и той же линии действия складываются, если они действуют в одном направлении, и вычитаются, если они действуют в противоположных направлениях (рис. «Силы на одной линии действия»).

В качестве результата получают собственно действующую, результирующую силу F_R.

 

Сложение сил, действующих под углом друг к другу

 

В случае двух сил, действующих друг к другу под углом F₁ и F₂, например в подкосах стропил, можно величину и направление сил представить на чертеже в виде параллелограмма сил или с помощью треугольника сил (рис. 2.67).

В параллелограмме сил результирующая сила F_R представлена в виде диагонали параллелограмма, в котором две стороны представлены силами F₁ и F₂. В треугольнике сил обе отдельные силы F₁ и F₂ как силовые стрелки с их данными величинами и направлениями складываются. Если соединить начальные и конечные точки силовых стрелок, то получится результирующая сила F_R (см. рис. «Сложение сил, действующих под углом»).

 

 

 

Разложение сил

 

Если необходимо силу F_R разложить на две силы, действующие под углом, то их величины можно также получить с помощью параллелограмма сил или треугольника сил (рис. «Разложение сил»).

 

 

Клин

 

С помощью клина можно увеличить действие силы. Клинья, например, применяются для раскалывания материалов и для подъема тяжелых грузов. Клин — это основная форма резца в режущих инструментах. Величины сил у такого клина можно с помощью параллелограмма сил изобразить на чертеже.

При одностороннем клине действующая на клин ударная сила F₁, превращается в значительно большую силу напряжения F₂ (рис. «Односторонний клин»).

 

 

При двухстороннем клине действующая на клин ударная сила разлагается на две действующие перпендикулярно плоскостям клина расщепляющие силы. Величины расщепляющих сил зависят от угла клина и от силы удара (рис. «Двусторонний клин»).

 

Наклонная плоскость

 

Плоскость, наклонную к горизонтальной, называют наклонной плоскостью (рис. «Наклонная плоскость»). По ней можно с относительно небольшим усилием F перемещать вверх большой груз F_G, т.е. поднимать на высоту h. Сила F зависит от угла наклона наклонной плоскости и величины груза F_G. При этом F_N, — это сила, которой нагружается наклонная плоскость.

«Сэкономленная» при применении наклонной плоскости сила должна выравниваться большей по сравнению с высотой подъема h длиной пути перемещения груза s.

 

Рычаг, момент

 

Каждое тело, у которого сила создает вращательное движение, называется рычагом (рис. «Понятия рычага»). Рычаг — это жесткое тело, вращающееся вокруг оси (точки вращения). Рычагами являются, например, ломы, гаечные ключи и клещи.

Вращательное действие рычага называется моментом (М). Момент растет с длиной плеча рычага и с величиной силы, которая действует на рычаг. При этом плечо рычага — это перпендикулярное расстояние точки поворота от направления действия силы.

Момент = сила х длина рычага:

M = F•l,

где:

F— в Н;

l — в м или в см;

М— в Н•м или в Н•cм.

На один рычаг действуют по меньшей мере два момента. Моменты могут быть либо вращающими в левую сторону (против часовой стрелки), либо вращающими в правую сторону (по часовой стрелке). В зависимости от положения моментов по отношению к центру вращения различают односторонний рычаг, например тачка (рис. «Односторонний рычаг»), двухсторонний рычаг, например рычажные весы (рис. «Двусторонний рычаг»), и коленчатый рычаг, например гвоздодер.

 

 

Рычаг находится в равновесии, когда вращающий влево момент равен моменту, вращающему вправо (закон рычага).

Вращающий влево момент = вращающий вправо момент:

М₁ = М₂;

F_1^•l₁ = F_2^•l₂

Так как моменты у рычагов не всегда находятся в равновесии и создают вращательное движение, их называют также вращающими моментами.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ: