background image

1

Mechanika  teoretyczna

Wykład nr 1
Wprowadzenie i podstawowe pojęcia.
Rachunek wektorowy.
Wypadkowa układu sił.
Warunki równowagi

Przedmiot

n

Mechanika:

– ogólna,  techniczna,  teoretyczna.

n

Dział fizyki zajmujący się badaniem 
ruchu równowagi ciał materialnych, 
ustalaniem ogólnych praw ruchu oraz ich 
stosowaniem do wyidealizowanych ciał 
rzeczywistych (punkt materialny oraz 
ciało doskonale sztywne – ramy, kraty). 

2

Program zajęć 

(1)

n

Podstawowe  pojęcia.

n

Podstawy  rachunku  wektorowego.

n

Układy sił i stan równowagi.

n

Reakcje więzów w układach 

płaskich.

n

Siły wewnętrzne

– w belkach;
– w ramach.

3

Program zajęć 

(2)

n

Siły wewnętrzne:

– w  kratownicach;
– w łukach;

n

Reakcje więzów i siły wewnętrzne 

w układach przestrzennych.

n

Zjawisko tarcia i prawa tarcia.

n

Elementy kinematyki.

n

Podstawy dynamiki.

4

Literatura

n

[1] J. Leyko: Mechanika  ogólna

n

[2] J. Leyko: Mechanika ogólna w zadaniach

n

[3] J. Misiak: Mechanika ogólna, T. 1-3 

(Statyka,  Kinematyka,  Dynamika)

n

[4] J. Misiak: Zadania z mechaniki  ogólnej

n

[5] A.  Chudzikiewicz: Statyka  budowli

(Tom 1)

n

[6] Z. Cywiński: Mechanika budowli w 

zadaniach.  Uk

łady  statycznie  wyznaczalne

5

Zaliczenie

n

Ćwiczenia:

– obecności;
– ćwiczenie  projektowe;
– kolokwia.

n

Egzamin:

– część  pisemna;
– część ustna.

6

Działy mechaniki

n

Statyka – bada przypadki, kiedy siły działające na 

ciało nie wywołują sił bezwładności, tj. są 

przykładane w nieskończenie długim czasie oraz 

równoważą się wzajemnie.

n

Kinematyka – zajmuje się badaniem ruchu ciał 

niezależnie od czynników wywołujących ten ruch. 

Przedmiotem badań są: droga, prędkość, 

przyspieszenie itd.

n

Dynamika – rozpatruje ruch ciał w zależności od sił 

działających na nie, bada zależności między takimi 

wielkościami jak: prędkość, przyspieszenie, pęd, siła, 

energia itd.

7

Zasady dynamiki Newtona 

(1)

n

Prawo I
Punkt materialny, na który nie działa 
żadna siła lub działające siły 
równoważą się, pozostaje w spoczynku 
lub porusza się ruchem jednostajnym 
po linii prostej.

8

background image

Zasady dynamiki Newtona 

(2)

n

Prawo II

Przyspieszenie punktu materialnego jest 

wprost proporcjonalne do siły działającej 

na ten punkt, a odwrotnie proporcjonalne 

do masy punktu materialnego. Jego 

zwrot i kierunek zgodny jest ze zwrotem i 

kierunkiem wektora siły.

P = m a

P

a

m

9

Zasady dynamiki Newtona 

(3)

n

Prawo III
Dwa punkty materialne działają na 
siebie dwoma siłami równymi co do 
wartości, tym samym kierunku, ale o 
przeciwnym  zwrocie.

P

1

P

2

2

1

P

P

=

2

1

P

P

=

10

Idealizacje (1)

n

Punkt materialny – ciało o 

nieskończenie małych wymiarach, ale 

posiadające masę. 

n

Modeluje ciała o bardzo małych 

wymiarach w porównaniu z wymiarami 

otoczenia. 

n

Wymiary na tyle małe, aby można było 

pominąć obrót ciała względem układu 

odniesienia.

11

Idealizacje (2)

n

Ciało doskonale sztywne 

odległości między jego punktami nie 

zmieniają się (nie podlega 

odkształceniom pod wpływem 

działających sił). 

n

Model ciała rzeczywistego, gdy 

odkształcenia są pomijalnie małe w 

stosunku do wymiarów.

12

Idealizacje (3)

n

Zasada zesztywnienia
Warunki równowagi sił działających 
na ciało odkształcalne nie zostaną 
naruszone przez zesztywnienie tego 
ciała. 
Punkt przyłożenia siły nie ulega 
przesunięciu mimo odkształcenia 
konstrukcji.

13

Zasada superpozycji

n

Działania poszczególnych obciążeń są 
od siebie niezależne.

n

Efekt działania (odkształcenie, siła 
wewnętrzna) dwóch lub więcej 
wpływów (obciążeń) może zostać 
wyznaczony jako suma efektów 
wywołanych działaniem tych wpływów 
oddzielnie.

14

Skalar i wektor

n

Skalar – do opisania niezbędne jest 

podanie jednej wartości w odniesieniu 

do określonego punktu w przestrzeni.

n

Wektor – do opisania poza miarą 

(modułem, długością wektora), 

niezbędne jest podanie:

– kierunku (ułożenia linii działania), 
– zwrotu (uporządkowania  punktów  od 

początku do końca wektora), 

– punktu  zaczepienia.

15

Interpretacja  geometryczna, 
przykłady

n

Wektor można przedstawić jako 

uporządkowaną parę punktów, z 

których jeden jest początkiem wektora, 

a drugi jego końcem. 

n

Skalary:

– gęstość,  masa,  temperatura,  energia;

n

Wektory

– przemieszczenie,  prędkość,  przyspieszenie, 

siła.

16

background image

Rodzaje wektorów

n

Wektory zaczepione – związane z 

punktem przyłożenia;

n

Wektory ślizgające się – mogące 

poruszać się wzdłuż linii działania (np. 

wektory sił w mechanice);

n

Wektory swobodne – mogą zostać 

przyłożone w dowolnym punkcie (np. 

wektory momentów sił).

17

Podstawowe jednostki

n

Masa: g (gram); kg = 1000 g (kilogram)

n

Długość: mm = 0,001 m (milimetr); 

m (metr); km = 1000 m (kilometr)

n

Czas: s (sekunda); min = 60 s (minuta);

h = 60 min = 3600 s (godzina)

n

Siła: N = kg m/s2 (niuton); 

kN = 1000N (kiloniuton)

n

Moment siły: Nm (Niutonometr);

kNm = 1000Nn (kiloniutonometr)

18

Działania na wektorach

n

Suma wektorów;

n

Różnica wektorów;

n

Mnożenie wektora przez skalar;

n

Iloczyn wektorów:

– skalarny;
– wektorowy;
– mieszany;
– inne wielokrotne iloczyny wektorów.

19

Zapis analityczny 

i graficzny wektora

n

płaszczyzna

n

przestrzeń

20

x

y

a

y

a

x

a

i

j

[

,

]

x

y

a a

=

a

x

y

a

a

=

+

a

i

j

2

2

x

y

a

a

a

=

+

y

z

a

z

a

y

a

k

x

j

i

a

z

[

,

,

]

x

y

z

a a a

=

a

x

y

z

a

a

a

=

+

+

a

i

j

k

2

2

2

x

y

z

a

a

a

a

=

+

+

Dodawanie wektorów

]

,

,

[

z

y

x

a

a

a

=

a

]

,

,

[

z

y

x

b

b

b

=

b

]

,

,

[

z

z

y

y

x

x

b

a

b

a

b

a

+

+

+

=

c

a

b

b

a

c

+

=

+

=

n

Suma wektorowa wektorów 

a

b

:

a

b

c

21

Twierdzenie cosinusów

n

Kwadrat długości boku trójkąta leżącego 

naprzeciw kąta 

γ jest równy sumie 

kwadratów długości boków leżących 

przy tym kącie oraz podwojonego 

iloczynu tych długości boków i cosinusa 

tego kąta 

γ.

γ

cos

2

2

2

ab

b

a

c

+

=

a

c

b

α

β

γ

22

Zasada równoległoboku

n

Suma dwóch wektorów może zostać 
przedstawiona jako przekątna 
równoległoboku zbudowanego na 
bazie sumowanych wektorów 
przecinająca kąt między tymi 
wektorami.

2

2

2

2

2

cos(

)

2

cos

c

a

b

ab

a

b

ab

π α

α

=

+

=

=

+

+

a

b

α

c

π α

23

Odejmowanie wektorów

(1)

n

Różnica wektorów 

a

b

jest równa 

sumie wektora 

a

i wektora 

przeciwnego do 

b

:

]

,

,

[

z

y

x

b

b

b

=

b

]

,

,

[

z

z

y

y

x

x

b

a

b

a

b

a

=

=

b

a

c

]

,

,

[

z

y

x

a

a

a

=

a

]

,

,

[

z

y

x

b

b

b

=

b

n

Różnica wektorów jest równa sumie 

wektora i wektora przeciwnego do a:

]

,

,

[

z

y

x

a

a

a

a

=

]

,

,

[

z

z

y

y

x

x

a

b

a

b

a

b

=

=

a

b

d

24

background image

Odejmowanie wektorów

(2)

a

-b

c

b

a

-a

d

b

( )

b

a

b

a

c

=

+

=

( )

a

b

a

b

d

=

+

=

25

Skalowanie wektora

n

Mnożenie wektora przez skalar (n) – wyniku otrzymuje 

się wektor o takim samym kierunku, mierze razy 

większej (przy |n|>1) 

n>1

n

lub 1/n razy mniejszej (przy |n|<1) i takim samym 

zwrocie, jeżeli n>0, 

0<n<1

n

zaś przeciwnym, jeżeli n<0.

-1<n<0

n<-1

a

a

·

a

n

a

·

a

a

·

a

a

·

26

Iloczyn skalarny 

(1)

n

Iloczyn skalarny – wielkość skalarna
równa iloczynowi modułów mnożonych 
wektorów i cosinusa kąta zawartego 
między nimi (iloczyn miary jednego 
wektora przez rzut prostokątny 
drugiego na kierunek pierwszego).

27

Iloczyn skalarny 

(2)

]

,

,

[

z

y

x

a

a

a

=

a

]

,

,

[

z

y

x

b

b

b

=

b

cos ( , )

x

x

y

y

z

z

s

a b

a b

a b

a b

=

= ⋅ ⋅

=

+

+

a b

a b

o

S

a

b

α

b cos

α

co

s

α

28

Iloczyn wektorowy 

(1)

n

Iloczyn wektorowy (wektor):

– kierunek prostopadły  do płaszczyzny 

wyznaczonej  przez  mnożone wektory,

– zwrot określony zgodnie z regułą śruby 

prawoskrętnej,

– miara równa iloczynowi miar mnożonych 

wektorów i sinusa kąta między nimi (pole 

powierzchni  równoległoboku 

zbudowanego  na  mnożonych  wektorach).

29

Iloczyn wektorowy 

(2)

]

,

,

[

z

y

x

a

a

a

=

a

]

,

,

[

z

y

x

b

b

b

=

b

b

a

c

×

=

a

b

d

×

=

c

d

=

(

)

(

)

(

)

2

2

2

sin

( , )

y

z

z

y

z

x

x

z

x

y

y

x

c

d

a b

a b

a b

a b

a b

a b

a b

a b

S

= = ⋅ ⋅

=

+

+

c

i

j

k

=

a

a

a

b

b

b

x

y

z

x

y

z

z

y

x

z

y

x

a

a

a

b

b

b

k

j

i

d

=

a

b

c

α

a

b

d

α

30

(

)

(

)

(

)

y

z

z

y

z

x

x

z

x

y

y

x

a b

a b

a b

a b

a b

a b

c

i

j

k

=

+

+

Iloczyn mieszany

n

Iloczyn mieszany – wielkość 
skalarna równa objętości 
równoległościanu zbudowanego na 
mnożonych wektorach jako na 
krawędziach.

c

b

a

o

)

(

×

=

V

a

b

c

d

α

β

α

sin

ab

d

=

β

α cos

sin

c

ab

V

=

β

cos

c

d

V

=

=

c

d

o

31

Przemienność działań

n

Suma wektorów i iloczyn skalarny są 
działaniami przemiennymi, natomiast 
różnica wektorów i iloczyn wektorowy 
nie są przemienne.

– c

– =>

= -c

a

× c

b

× => = -c

32

background image

Pojęcie siły

n

Siła – wzajemne oddziaływanie ciał, 
które przejawia się w wyprowadzeniu 
ciała ze stanu spoczynku, bądź przez 
zmianę ruchu już poruszającego się 
ciała. Aby scharakteryzować siłę 
należy podać wektor, opisujący tą siłę, 
oraz punkt przyłożenia siły.

33

Układy sił

n

Układ sił – dowolna grupa oddziaływań 

ciał zewnętrznych na analizowane ciało.

n

Równoważne układy sił
Dwa układy sił są równoważne wtedy, 

gdy zastąpienie jednego układu, 

działającego na ciało sztywne, przez 

drugi układ sił nie wywoła zmiany 

ruchu, czyli nie spowoduje zmiany 

kierunku ruchu, prędkości, 

przyśpieszenia, itd.

34

Wypadkowa

n

Siła wypadkowa – wektor, który jest 
sumą wszystkich wektorów sił z 
układu, przyłożonego do punktu 
materialnego i stanowi układ 
równoważny, pod warunkiem, że siła 
wypadkowa jest przyłożona do tego 
samego punktu materialnego.

35

Płaski i przestrzenny 

układ sił

n

Układ sił nazywamy płaskim, jeżeli 
kierunki wszystkich sił tego układu 
położone są w jednej płaszczyźnie. 

n

W każdym innym przypadku układ 
nazywamy przestrzennym.

36

Układ sił zbieżnych

n

Układ sił zbieżnych – linie działania 
wszystkich sił przecinają się w jednym 
punkcie, tzw. punkcie zbieżności.

n

Określanie wypadkowej układu sił:

– działających  wzdłuż jednej prostej;
– zbieżnych

n

metoda graficzna;

n

metoda analityczna.

37

Siły działające wzdłuż 

jednej prostej

n

Wypadkowa układu sił działających wzdłuż 

jednej prostej jest wektorem o także 

działającym wzdłuż tej prostej, zwrocie 

zgodnym z większą ze składanych sił i mierze 

równej sumie, gdy miary wektorów 

składowych są zgodne, lub różnicy miar 

wektorów składowych, gdy zwroty 

składowych  są przeciwne. 

P

1

P

2

W

P

1

P

2

W

2

1

P

P

W

+

=

2

1

P

P

W

=

38

Wypadkowa 

- metoda graficzna

n

Wypadkowa układu dwóch sił może zostać 

wyznaczona  jako  przekątna  równoległoboku 

zbudowanego w oparciu o wektory 

składowe przecinająca kąt między tymi 

wektorami.

P

1

P

2

α

P

1

P

2

α

π−α

P

2

W

W

α

α

π

cos

2

)

cos(

2

2

1

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

P

P

P

P

P

P

P

P

W

+

+

=

=

+

=

39

Wielobok sznurowy

n

Do końca pierwszej siły przykładany jest 

początek siły następnej, itd. Początek 

pierwszej siły połączony z końcem 

ostatniej określa wypadkową.

P

1

P

2

W

P

3

P

4

P

1

P

2

P

3

P

4

40

background image

Rozkładanie siły na 

składowe

n

Przez początek i koniec danej siły 

przeprowadza się kierunki, na które siła 

ma zostać rozłożona. Siły składowe 

mogą zostać wyznaczone jako boki tak 

zbudowanego  równoległoboku.

α

P

β

P

1

P

2

P

1

2

α

β

41

Twierdzenie sinusów

n

W dowolnym trójkącie stosunek 
długości boku do sinusa 
przeciwległego kąta jest stały i równa 
się długości średnicy okręgu opisanego 
na trójkącie.

R

a

c

b

α

β

γ

R

c

b

a

2

sin

sin

sin

=

=

=

γ

β

α

42

Miary wektorów 

składowych

(

)

(

)

β

α

π

α

β

+

=

=

sin

sin

sin

2

1

P

P

P

(

)

(

)

(

)

β

α

β

β

α

π

β

+

=

+

=

sin

sin

sin

sin

1

P

P

P

(

)

(

)

(

)

β

α

α

β

α

π

α

+

=

+

=

sin

sin

sin

sin

2

P

P

P

2

π

β

α

=

+

α

π

α

π

cos

2

sin

2

sin

P

P

P

x

=

 −

=

α

π

α

sin

2

sin

sin

P

P

P

y

=

=

P

1

P

2

α

P

β

π−(α+β)

P

2

β

P

x

P

y

P

α

π/2−α

43

Wypadkowa 

- metoda analityczna

n

Składowe sił układu:

n

Składowe  wypadkowej:

n

Siła wypadkowa:

n

Kierunek  wypadkowej:

i

i

ix

P

P

α

cos

=

i

i

iy

P

P

α

sin

=

nx

x

x

x

P

P

P

W

+

+

+

=

...

2

1

ny

y

y

y

P

P

P

W

+

+

+

=

...

2

1

2

2

y

x

W

W

W

+

=

W

W

x

=

α

cos

W

W

y

=

α

sin

44

Przykład

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

P

1

P

2

P

3

W

W

W

x

W

y

α

α

1

α

3

α

2

45

Wypadkowa układu sił 

równoległych

n

Przyłożenie  układu 

zerowego (układ sił 

równoważących  się, 

np. dwie siły o 

takiej samej mierze, 

linii działania i 

przeciwnych 

zwrotach)  nie 

wpływa na stan 

równowagi  ciała.

46

W

P

1

P

2

Z

Z

Z

Z

W

2

W

1

W

1

W

2

P

2

P

1

P

1

P

2

Moment siły 

(1)

n

Moment siły względem punktu – iloczyn 
wektorowy  promienia wodzącego, czyli 
wektora łączącego omawiany punkt i punkt 

przyłożenia siły, oraz wektora siły:

P

r

M

×

=

P

O

α

sin

P

r

M

P

O

=

α

sin

=

r

r

P

r

M

P

O

=

47

O

P

r

r

α

α

Moment siły 

(2)

n

Moment  siły względem  prostej - Momentem 

względem  prostej  nazywamy  iloczyn  wektorowy 

promienia  wodzącego,  czyli  wektora  łączącego 

punkt prostej najbliższy kierunkowi siły i punkt 

przyłożenia siły, i wektora siły.

P

P

r

r

r

z

π

n

Moment  siły 

względem  osi  równy 

jest momentowi  rzutu 

siły na płaszczyznę 

prostopadłą  do  osi 

względem  punktu,  w 

którym oś przebija 

płaszczyznę.

48

z

= × = ×

M

r P

r

P

z

M

P r

= ⋅

background image

Para sił

n

Parę sił stanowią dwie siły o równoległych 
liniach działania, o przeciwnych zwrotach, 
zaś o tych samych miarach. 

n

Ramię pary sił – odległość  pomiędzy 
kierunkami sił nosi nazwę ramienia pary sił.

P

P

P

=

=

2

1

Pa

M

=

P

1

P

2

a

49

P

z

P

M

a

Dowolny płaski układ sił 

(1)

n

Redukcja do siły wypadkowej 

przyłożonej w biegunie redukcji i 

wypadkowego momentu względem 

tego bieguna.

n

Siły składowe mogą zostać 

przeniesione do bieguna redukcji, 

pod warunkiem przyłożenie 

momentu od tych sił względem 

bieguna redukcji.

50

Dowolny płaski układ sił 

(2)

n

Wypadkową siłę wyznacza się dla układu 

zbieżnego przyłożonego w biegunie 

redukcji.

n

Wypadkowy moment jest równy sumie 

momentów od sił składowych.

1

n

i

i

=

=

W

P

1

1

n

n

o

i

i

io

i

i

=

=

=

× =

M

r

P

M

51

Przykład 

(1)

x

y

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

α

3

α

2

P

1x

P

1y

P

1

α

1

(x ,y )

1

1

(x ,y )

3

3

(x ,y )

2

2

0

52

Przykład 

(2)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

α

1

α

3

α

2

P

1

M

P1

0

0

1

1

1

1

1

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

=

53

Przykład 

(3)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

α

1

α

3

α

2

M

P2

0

0

P

2

2

2

2

2

2

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

=

54

Przykład 

(4)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

α

1

α

3

α

2

M

P3

0

0

P

3

3

3

3

3

3

0

x

P

y

P

M

y

x

P

+

=

55

Przykład 

(5)

x

y

P

1x

P

1y

P

1

P

2x

P

2

P

2y

P

3x

P

3y

P

3

α

1

α

3

α

2

M

0

0

W

2

3

=

+

+

1

W

P

P

P

56

3

0

2

0

1

0

0

P

P

P

M

M

M

M

+

+

=

background image

Dowolny płaski układ sił 

(3)

n

Wypadkowy moment może zostać 
przedstawiony jako:

– wektor  momentu;
– para sił;
– moment od siły wypadkowej przyłożonej 

nie w biegunie redukcji, a na linii 
działania wyznaczonej w taki sposób, że 
moment od siły wypadkowej równy jest 
momentowi od sił składowych.

57

Siła wypadkowa 

i wypadkowy moment

58

2

3

=

+

+

1

W

P

P

P

3

0

2

0

1

0

0

P

P

P

M

M

M

M

+

+

=

Moment od wypadkowej

59

0

0

0

x

W

y

W

M

y

x

+

=

x

y

W

M

x

W

y

0

0

0

=

x

W

M

x

y

0

0

0

tg

=

α

Uogólnienie w przestrzeni

n

Układ sił zbieżnych – redukcja do siły 
wypadkowej przyłożonej w punkcie 
zbieżności.

n

Dowolny przestrzenny układ sił 
– redukcja do wypadkowej siły 
i wypadkowego momentu.

60

Klasyfikacja układów sił

61

Układ sił -

układ wypadkowy

Płaszczyzna

Przestrzeń

Zbieżny

Siła wypadkowa w 

płaszczyźnie

Siła wypadkowa –

dowolny kierunek w 

przestrzeni

Dowolny

Siła wypadkowa w 

płaszczyźnie i wektor 

momentu 

prostopadły do 

płaszczyzny

Siła wypadkowa 

(dowolny kierunek w 

przestrzeni) i 

wypadkowy wektor 

momentu (dowolny 

kierunek w 

przestrzeni)

62

Stan równowagi

n

Równowaga statyczna
Punkt materialny (ciało sztywne) jest 
w  równowadze, jeżeli pod wpływem 
układu sił, nie porusza się on lub 
porusza się ruchem jednostajnym 
prostoliniowym. Taki układ sił nazywa 
się zrównoważonym lub 
równoważnym  zeru.

63

Oswobodzenie z więzów

n

Ciało nieswobodne można myślowo 
oswobodzić z więzów, zastępując ich 
działanie reakcjami.

n

Ciało oswobodzone z więzów można 
traktować jako swobodne pod 
działaniem sił czynnych (obciążeń) i 
biernych (reakcji).

64

Rodzaje sił w mechanice 

n

W mechanice wyróżnia się następujące 
rodzaje sił:

– siły  zewnętrzne - obciążenie 

pochodzące od innych ciał;

– reakcje - siły zewnętrzne wynikające ze 

sposobu  zamocowania  konstrukcji;

– siły  wewnętrzne - wzajemne 

oddziaływanie  pomiędzy częściami ciała.

background image

65

Więzy – nacisk 

(1)

n

Powierzchnia płaska na płaszczyźnie:

– reakcja prostopadła do płaszczyzny styku;

n

Przekrój kołowy na płaszczyźnie:

– reakcja prostopadła do płaszczyzny styku 

(stycznej w punkcie styczności);

G

R

G

G

G

R

66

Więzy – nacisk 

(2)

n

Przekrój kołowy oparty o przekrój kołowy:

– reakcja prostopadła do stycznej obu ciał w 

punkcie styku (wzdłuż prostej łączącej środki 

okręgów);

n

Punkt na płaszczyźnie:

– reakcja prostopadła do płaszczyzny.

G

A

B

C

Q

G

A

B

C

Q

R

A

R

B

R

C

R

A

Q

R

C

R

D

R

D

G

R

B

67

Równowaga dwóch sił

n

Układ dwóch sił pozostaje w 

równowadze, jeżeli siły te działają 

wzdłuż jednej prostej, mają przeciwne 

zwroty i takie same miary.

G

R

=

G

R

=

G

G

R

68

Równowaga trzech sił

n

Układ trzech sił jest zrównoważony, 

jeżeli siły te tworzą płaski układ sił, ich 

linie działania przecinają się w jednym 

punkcie (układ zbieżny), zaś wielobok 

sił jest zamknięty. 

G

A

B

R

B

G

R

A

R

B

R

A

G

69

Równania  równowagi 
punktu  materialnego

n

II zasada dynamiki Newtona:

n

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 
równowagi statycznej, to:

P

a

=

m

a

P

=

=

0

0

70

Równania  równowagi  ciała 
sztywnego (siły zbieżne)

n

II zasada dynamiki Newtona:

n

Jeżeli punkt materialny jest w stanie 
równowagi statycznej, to:

P

P

P

P

P

a

1

2

3

4

n

+

+

+

+.......

=

m

a

P

=

=

0

0

i

i=1

n

71

Układ sił zbieżnych

n

Układ sił, przyłożonych do ciała 

sztywnego, których kierunki działania 

przecinają się w jednym punkcie

Układ takich sił jest w równowadze, 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

tworzą wielobok zamknięty.

W

P

P

P

P

P

P

=

=

1

2

3

4

n

i=1

n

+

+

+

+.......

=

i

0

72

Płaski układ sił zbieżnych

n

Układ sił, przyłożonych do ciała 

sztywnego, których kierunki działania 

leżą w jednej płaszczyźnie 

przecinają się w jednym punkcie. 

Układ takich sił jest w równowadze, 

jeżeli wypadkowa sił jest równa zeru 

lub mówiąc inaczej, jeżeli wektory sił 

tworzą wielobok zamknięty.

W

P

P

P

P

P

P

=

=

1

2

3

4

n

i=1

n

+

+

+

+.......

=

i

0

background image

73

Równania równowagi 

układu sił zbieżnych

n

Aby siły zbieżne były w równowadze, 
sumy rzutów tych sił na osie układu 
współrzędnych muszą być równe zeru. 

.

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

P

P

P

74

Równania  równowagi 
płaskiego układu sił zbieżnych

n

Aby siły zbieżne, leżące w jednej 
płaszczyźnie, były w równowadze, 
sumy rzutów tych sił na osie układu 
współrzędnych muszą być równe zeru.

.

0

;

0

1

1

=

=

=

=

n

i

iy

n

i

ix

P

P

75

Warunki równowagi  układu 
zbieżnego  (podsumowanie)

Wypadkowa układu sił musi być równa 0, tj. 

zamyka się wielobok sznurowy sił 

(graficznie), a sumy rzutów sił układu na 

osie układu współrzędnych muszą być 

równe  zeru  (analitycznie). 

n

Przestrzenny  układ  sił

n

Płaski układ sił

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

P

P

P

;

0

;

0

1

1

=

=

=

=

n

i

iy

n

i

ix

P

P

76

Równania  równowagi  ciała 
sztywnego (dowolny układ sił)

n

Jeżeli ciało sztywne jest w stanie 
równowagi statycznej, to dodatkowo:

=

=

=

×

=

×

=

×

=

n

i

n

i

i

i

i

i

n

i

i

i

o

m

m

1

1

1

)

(

r

a

a

r

P

r

M

0

0

o

= ⇒

=

a

M

77

Warunki równowagi 

dowolnego układu sił 

(1)

n

Płaski układ sił

lub

lub

l

C

B

A

M

M

M

n

i

iC

n

i

iB

n

i

iA

=

=

=

=

=

=

,

,

0

;

0

;

0

1

1

1

1

1

1

0;

0;

0

n

n

n

ix

iA

iB

i

i

i

P

M

M

AB

x

=

=

=

=

=

=

0

;

0

;

0

1

1

1

=

=

=

=

=

=

n

i

iO

n

i

iy

n

i

ix

M

P

P

78

Warunki równowagi 

dowolnego układu sił 

(2)

n

Przestrzenny układ sił

0

;

0

;

0

0

;

0

;

0

1

1

1

1

1

1

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

n

i

iz

n

i

iy

n

i

ix

M

M

M

P

P

P

79

Przykład 

(dwa układy zbieżne) 

(1)

G

A

B

C

Q

r

R

α

β

α

β

d

R

d-R

R

+

r

R-r

y

1

y

2

(

) (

)

2

2

2

r

R

r

R

y

+

=

r

R

y

+

=

2

sin

β

r

R

r

R

+

=

β

cos

(

)

2

2

1

R

d

R

y

=

R

y

1

sin

=

α

R

r

d

=

α

cos

80

Przykład 

(dwa układy zbieżne) 

(2)

=

=

0

cos

C

D

R

R

X

β

=

=

0

sin

Q

R

Y

D

β

=

=

0

cos

cos

β

α

D

B

A

R

R

R

X

=

=

0

sin

sin

β

α

D

A

R

G

R

Y

Q

Q

R

C

R

D

R

D

R

C

β

β

R

B

G

R

A

R

D

G

R

A

R

D

R

B

α

α

β

background image

81

Przykład 

(układ niezbieżny)

=

=

0

cos

C

B

A

R

R

R

X

α

=

=

0

sin

G

Q

R

Y

A

α

(

)

=

=

0

2

1

r

R

Q

y

R

M

C

o

G

A

B

C

Q

r

R

R

A

R

B

R

C

α

β

R

d-R

R

+

r

R-r

y

1

y

2

β

α

O

1

O

2

82

Równowaga par sił

n

Aby układ par sił, działających w 
jednej płaszczyźnie na ciało sztywne, 
znajdował się w równowadze, suma 
wypadkowych momentów tych par sił 
musi być równa zero.

0

1

=

=

n

i

i

M

P

1

a

1

P

1

P

2

a

2

P

2

P

3

a

3

P

3

83

Podstawowe typy 

ustrojów prętowych

n

Pręt – element o wymiarach  poprzecznych 

(np. grubość i szerokość) znacznie 

mniejszych od trzeciego wymiaru (długość)

n

Belka – ustrój prętowy z prętami 

rozmieszczonymi w jednej linii. Siły często 

są prostopadłe do osi belki.

n

Rama – ustrój  prętowy

n

Krata – ustrój prętowy, który składa się z 

prętów połączonych przegubami. Siły mogą 

być przykładane tylko w węzłach.

84

Stopnie swobody

n

Liczba niezależnych ruchów, jakie ciało jest w 
stanie zrealizować  w przestrzeni.

n

Punkt  materialny:

– w przestrzeni – 3 (3 składowe przesuwu);
– na płaszczyźnie – 2 (2 składowe przesuwu);

n

Ciało  sztywne

– w przestrzeni – 6 (3 składowe przesuwu i 3 

składowe  obrotu);

– na płaszczyźnie – 3 (2 składowe przesuwu i obrót). 

85

Podpory, pręty 

podporowe 

(1)

n

Podpora przegubowa przesuwna –

zablokowana jedna składowa 

przesuwu, jeden pręt podporowy, 

jedna reakcja.

R

A

R

A

R

A

R

A

R

A

R

A

86

Podpory, pręty 

podporowe 

(2)

n

Podpora przegubowa nieprzesuwna –
zablokowane obie składowe przesuwu, 
dwa pręty podporowe, dwie 
niewiadome: reakcja i kierunek lub 
dwie składowe reakcji.

V

A

H

A

V

A

H

A

V

A

H

A

R

A

α

87

Podpory, pręty 

podporowe 

(3)

n

Sztywne zamocowanie – zablokowane 

wszystkie przemieszczenia (dwie 

składowe przesuwu i obrót), trzy pręty 

podporowe, trzy niewiadome – dwie 

składowe siły i moment.

V

A

H

A

M

A

88

Inne sposoby podparcia

n

Sztywne zamocowanie z możliwością 
przesuwu:

– poprzecznie do osi pręta;
– wzdłuż  pręta.

H

A

M

A

V

A

H

A

M

A

background image

89

Rodzaje obciążeń –

układy płaskie

n

Siły skupione;

n

Momenty skupione;

n

Obciążenia liniowo rozłożone;

n

Obciążenia momentem liniowo 
rozłożone.

90

Rodzaje obciążeń –

układy przestrzenne

n

Siły skupione;

n

Momenty skupione;

n

Obciążenia liniowo rozłożone;

n

Obciążenia momentem liniowo 
rozłożone;

n

Obciążenia rozłożone na powierzchni;

n

Obciążenia rozłożone w objętości.

91

Jednostki obciążeń

n

Obciążenie ciągłe – kN/m

n

Siła skupiona - kN

n

Moment skupiony - kNm

n

Obciążenie ciągłe momentem –
kNm/m

92

Reakcje – belka 

swobodnie podparta

l/2

P

l/2

P

V

A

H

A

R

B

P

V

A

H

A

R

B

0

:

=

A

H

X

0

:

=

+

P

R

V

Y

B

A

0

2

:

=

l

P

l

R

M

B

A

93

Reakcje – belka 

wspornikowa

P

l/2

l/2

P

M

V

A

H

A

M

A

M

0

:

=

A

H

X

0

:

=

P

V

Y

A

0

2

:

=

+

+

M

l

P

M

M

A

A

94

Reakcje – rama 

bezprzegubowa

l

P

l

l

h

h

V

A

H

A

α

R

B

M

P

P

0

cos

:

=

+

+

α

P

P

H

X

A

0

2

3

sin

2

cos

:

=

+

+

+

+

l

R

l

P

h

P

h

P

l

P

M

M

B

A

α

α

0

sin

:

=

+

α

P

P

R

V

Y

B

A