Выполнение сборочного чертежа Магнитные цепи | Законы Кирхгофа | Расчёт электрических цепей | Расчёт трёхфазных цепей | Математика | Пределы | Векторная алгебра | Матрицы | Геометрия | Интегрирование | Задачи | Квантовая физика Резонанс Реакции Электротехника лекции | На главную

Центр тяжести

Иметь представление о системе параллельных сил и центре системы параллельных сил, о силе тяжести и центре тяжести.

Знать методы для определения центра тяжести тела и формулы для определения положения центра тяжести плоских фигур.

Уметь определять положение центра тяжести простых геометрических фигур, составленных из стандартных профилей.

Сила тяжести

Рис. 8.1

Сила тяоюести — равнодействующая сил притяжения к Земле, она распределена по всему объему тела. Силы притяжения, приложенные к частицам твердого тела, образуют систему сил, линии действия которых сходятся в центре Земли (рис. 8.1). Поскольку радиус Земли значительно больше размеров любого земного тела, силы притяжения можно считать параллельными.

Точка приложения силы тяжести

Кинетостатический расчет четырехшарнирного механизма (метод проекций или аналитический).

Для определения точки приложения силы тяжести (равнодействующей параллельных сил) используем теорему Вариньона о моменте равнодействующей:

Момент равнодействующей относительно оси равен алгебраической сумме моментов сил системы относительно этой оси.

Изображаем тело, составленное из некоторых частей, в пространственной системе координат (рис. 8.2).

Тело состоит из частей, силы тяжести которых qk приложены в центрах тяжести (ЦТ) этих частей.

Пусть равнодействующая (сила тяжести всего тела) приложена в неизвестном пока центре С.

xC , yC и zC — координаты центра тяжести С.

xk , yk и zk — координаты центров тяжести частей тела.

Из теоремы Вариота следует:

;

;

Аналогично для оси Оz:

.

В однородном теле сила тяжести пропорциональна объему V:

G = γV;

где γ – вес единицы объема.

Следовательно, в формулах для однородных тел:

;

;

,

где Vk – объем элемента тела;

V – объем всего тела.

Рис. 8.2

Центр тяжести однородных плоских тел

(плоских фигур)

Очень часто приходится определять центр тяжести различных плоских тел и геометрических плоских фигур сложной формы. Для плоских тел можно записать: V = Ah, где А — площадь фигуры, h — ее высота.

Тогда после подстановки в записанные выше формулы получим:

,

где Ак — площадь части сечения; хк, ук — координаты ЦТ частей сечения.

Выражение  называют статическим моментом площади (Sy.).

Координаты центра тяжести сечения можно выразить через статический момент:

.

Оси, проходящие через центр тяжести, называются центральными осями. Статический момент относительно центральной оси равен нулю.

Определение координат центра тяжести

плоских фигур

Примечание. Центр тяжести симметричной фигуры находится на оси симметрии.

Центр тяжести стержня находится на середине высоты. Положения центров тяжести простых геометрических фигур могут быть рассчитаны по известным формулам (рис. 8.3: а) — круг; б) — квадрат, прямоугольник; в) — треугольник; г) — полукруг).

Рис. 8.3

При решении задач используются следующие методы:

метод симметрии: центр тяжести симметричных фигур находится на оси симметрии;

метод разделения: сложные сечения разделяем на несколько простых частей, положение центров тяжести которых легко определить;

метод отрицательных площадей: полости (отверстия) рассматриваются как часть сечения с отрицательной площадью.


Контрольные вопросы и задания

Почему силы притяжения к Земле, действующие на точки
тела, можно принять за систему параллельных сил?

Запишите формулы для определения положения центра тяжести неоднородных и однородных тел, формулы для определения положения центра тяжести плоских сечений.

Повторите формулы для определения положения центра тяжести простых геометрических фигур: прямоугольника, треугольника, трапеции и половины круга.

Что называют статическим моментом площади?

5. Определите координаты центра тяжести заштрихованной фигуры (рис. 8.7). Размеры даны в мм.

6.  Определите координату у фигуры 1 составного сечения рис. 8.8).

При решении воспользоваться справочными данными таблиц ГОСТ «Сталь горячекатаная» (см. Приложение 1).

Рис. 8.8

В пределах каждой категории стандартов запись рекомендуется производить по группам изделий, объединенных по их функциональному назначению (крепежные изделия, подшипники, электротехнические изделия и т.п.); в пределах каждой группы - в алфавитном порядке наименований изделий; в пределах каждого наименования - в порядке возрастания обозначений стандартов, а в пределах каждого обозначения стандарта - в порядке возрастания основных параметров или размеров изделия.
Оформление чертежа