Лекции по механике — страница 6

разбито тело. Сумму моментов внутренних сил можно разбить по парам слагаемых, обязанных своим возникновением взаимодействию двух элементов тела между собой. На рис.14 пред- ставлена пара, состоящая из 1-го и 2-го элементов. Проводя плоскость через линию, соединяющую эти элементы, параллельно оси вращения О1О2, нетрудно заметить, что моменты сил взаимодействия этих элементов равны по величине и противоположно направлены, т.е. они

компенсируют друг друга. Действительно, силы f12 и f21 равны между собой; равны и их составляющие (f12) = (f21) . Кроме того равны и их плечи [8]( l12= l21 ), т. к. каждое из них перпендикулярно проведенной плоскости. Поэтому момен- 1 = ( f12) r1sin(900 - g) = (f12) l12 и M2 = (f21) r2 sin(900 - b) = (f21) l21 равны и противоположно направлены. На основании этого можно сделать вывод, что при сложении всех моментов внутренних сил они попарно уничтожатся. Суммарный момент всех

внешних сил обозначим S Мi , где Mi = [ ri Fi]. Левая часть уравнения ( 4-4а ) с учетом (3 -7) представится в таком виде: ( 4-5 ) где величину принято называть моментом инерции твердого тела относительно заданной оси. Эта величина характеризует распределение массы тела относительно определенной оси. Как следует из определения момента инерции - это величина аддитивная. Момент инерции тела складывается из моментов инерции его отдельных

элементов, которые можно рассматривать как материальные точки, т.е. I =, где ji = mi - момент инерции материальной точки. При практическом вычислении моментов инерции вместо суммирования используется интегрирование ( суммирование бесконечно малых величин). Если ось, относительно которой вычисляется момент инерции, проходит через центр симметрии тела, то вычисление такого интеграла представляет сравнительно несложную задачу, но в

общем случае задачу решить трудно. Для упрощения вычислений полезной оказывается теорема о параллельном переносе осей инерции (теорема Гюйгенса - Штейнера), формулировка которой гласит, что момент инерции относительно любой оси равен сумме момента инерции относительно параллельной оси, проходящей через центр масс, и произведения массы тела на квадрат расстояния между осями, т.е. Iпроиз = Iцм + m d 2 . ( 4-6) Для некоторых тел

правильной формы значение моментов инерции относительно осей, проходящих через центр их симметрии приведены в таблице 2. Таблица 2. Форма тела Расположение Величина оси момента инерции Обруч m R2 Цилиндр Шар Примечание: m- масса тела, R - его радиус На основании изложенного уравне-ние (4-4а) с учетом (4-5) приводится к виду: , ( 4-7 ) которое называется уравнением динамики вращательного движения твердого тела или уравнением моментов. Дело в