Тела начинают двигаться под действием сил, так футбольный мяч улетает в ворота под действием силы удара футболиста, а нерадивый ученик, уснувший над домашним заданием, оживает под действием силы отцовского ремня.
Если говорить о механике,то там силой называют векторную физическую величину, которая определяет воздействие одного тела на другое. Но изменения движения тел не единственный результат их взаимодействия. Под действием сил тело так же может менять свою форму, или, как еще говорят, деформироваться, но зачастую эти деформации незначительны, и ими можно пренебречь, считая тело твердым.
Статика изучает условия неподвижности твердых тел. То есть условия, когда тела находятся в состоянии покоя, при этом сохраняя свою форму не деформируясь. И, кажется, чего тут изучать, все очень просто, достаточно исключить воздействие всех сил, и наш мяч будет лежать на футбольном поле, а ученик мирно спать над домашним заданием. Но, как показывает практика, исключить воздействие всех сил невозможно. Мяч, даже если он просто лежит, испытывает на себе действие силы тяжести, силы Архимеда, силы реакции опоры стадиона и т. д. Но почему он не приходит в движение под действием стольких сил? Тут можно вспомнить басню Крылова про лебедя, рака и щуку. Да, силы действуют, но направления этих сил различны, поэтому если сложить их вместе, мы получим ноль. Силы скомпенсированы. И, как писал Крылов: «а воз и ныне там..»..
И так, первым условием равновесия твердого тела будет равная нулю сумма всех приложенных к этому телу внешних сил.
F1+F2+F3+..+Fn=0
Но является ли это условие единственным? Представьте, что вы толкаете диван, решив сделать перестановку дома. Ваш друг вызвался помочь и тоже толкает этот диван с такой же силой, но в другую сторону. В итоге сумма приложенных сил равна нулю. Условие равновесия выполняется, но будет ли при этом диван стоять на месте? Только в том случае, если силы, приложенные к нему, будут расположены на одной прямой линии. В противном случае диван начнет поворачиваться.
Исходя из этого, нам необходимо ввести второе условие равновесия, которое исключало бы любые повороты и вращение тела. Для этого рассмотрим такие понятия, как плечо, и момент силы.
Ни для кого не секрет, что дверь проще открыть толкнув её с внешнего края, именно поэтому там всегда располагаются дверные ручки. И наоборот, чем ближе к петлям мы будем толкать нашу дверь, тем меньше вероятность, что она нам поддастся. Здесь мы имеем дело с так называемым плечом силы.
Плечом в механике называют длину перпендикуляра, проведенного от оси вращения к линии действия этой силы. Для двери это будет расстояние от её внутреннего края, соединенного петлями с дверным проемом, до ручки. При условии, конечно, что мы этой ручкой пользуемся.
Момент силы, или крутящий момент, как его еще называют, это есть ничто иное, как произведение модуля силы на её плечо. Единицей крутящего момента будет ньютон умноженный на метр (Н*м). Момент принято считать положительным, если сила стремится повернуть тело по часовой стрелке, и отрицательным, если против.
±M=F*l
И нетрудно догадаться, что вторым обязательным условием равновесия тела будет равная нулю сумма всех моментов сил.
M1+M2+M3+…+Mn=0
