Temat 3:  Rodzaje sił i połączeń. Trzecie prawo Newtona


3.1. Rodzaje sił
    Wszystkie siły przyłożone do poszczególnych brył lub punktów materialnych układu możemy podzielić na:
    - siły zewnętrzne
    - siły wewnętrzne.
Siły zewnętrzne są to siły przyłożone do poszczególnych brył układu, pochodzące od brył nie wchodzących w skład rozpatrywanego układu. W umowny sposób siły te można podzielić na :
    - siły czynne - siły przykładane do bryły i mogące wywołać ruch,
    - siły reakcji - siły pochodzące od więzów, w przypadku gdy układ jest nieswobodny.
Siły wewnętrzne są to siły, z jakimi oddziałują na siebie bryły lub punkty materialne, wchodzące w sklad danego układu.
Jeżeli rozpatrujemy jedną bryłę, to wszystkie siły, z jakimi działają na tę rozpatrywaną bryłę ciała otaczające, są siłami zewnętrznymi. Siłami wewnętrznymi będą wtedy siły, z jakimi działają na siebie poszczególne punkty bryły.
3.2. Trzecie prawo Newtona
    Podstawą mechaniki ogólnej są prawa sformułowane przez Isaaka Newtona. Na rys. 3.1  przedstawiono trzecie prawo Newtona okreŚlające wzajemne oddziaływanie brył.


Jeżeli punkt A bryły I działa na punkt B bryły II z siłą  P12,  to punkt B bryły II oddziałuje na punkt A bryły I z siłą  P21 równą poprzedniej co do wartosci, działającą wzdłuż tej samej prostej, ale o zwrocie przeciwnym.
    Siły działające między punktami w układzie punktów materialnych tworzą układ sił wewnętrznych.
Pod działaniem układu sił wewnętrznych punkty materialne mogą sie przemieszczać. Jedynie w układach sztywnych tych przemieszczeń nie będzie. Wiąże się to z możliwocią wykonania pracy przez układ sił wewnętrznych.
W zależnoŚci od rozpatrywanego układu materialnego siły wewnętrzne mogą być rozpatrywane jako, reakcje. Reakcja jest siłą, która zastępuje działanie połączeń (więzów).
3.3. Rodzaje połączeń
    W statyce często rozpatrujemy równowagę brył nieswobodnych, tzn. takich, które nie mogą zajmować dowolnego miejsca w przestrzeni. Swobodę takich brył ogranicają połączenia z innymi bryłami. Połączenia te nazywamy więzami.
W statyce bardzo często rozpatruje się równowagę brył nieswobodnych.
Do brył nieswobodnych odnosi się następujące prawo (pewnik) mające duże znaczenie w zastosowaniach technicznych.
Bryłę nieswobodną można rozpatrywać jako bryłę swobodną, odrzucając więzy i ich działanie na bryłę i zastępując je odpowiednio przyłożonymi siłami reakcji.
    Należy przy tym pamiętać, że jeżeli oswobodzimy okresloną bryłę układu, to należy rozpatrywać tylko układ sił przyłożony do tej bryły, a więc układ sił czynnych, oraz układ reakcji, to jest sił, z jakimi więzy, to znaczy sąsiednie bryły oddziałują na daną bryłę.
Poniżej przdstawiono podział więzów na grupy, a na rysunkach sposób zastępowania ich siłami reakcji.
Połączenia (więzy) możemy podzielić na następujące grupy:
- cięgna (liny, łańcuchy rys. 3.2) - proste działania reakcji (S1 i S2) są znane i pokrywają się z kierunkiem
  cięgna,
- podpory gładkie (rys. 3.3) - prosta działania reakcji R jest prostopadła do powierzchni podparcia,
- podpory chropowate (rys. 3.4) - wystąpią dwie składowe reakcji: normalna do powierzchni N i styczna  siła tarcia T,
- podpory przegubowe ruchome (rys. 3.5) - prosta reakcji jest prostopadła do kierunku możliwego ruchu,
- podpory przegubowe stałe (rys. 3.6) - prosta działania reakcji R przegubu jest nieznana (rozkłada się na dwie niezależne składowe),
Przeguby są to połączenia pozwalające się obracać jednej bryle względem drugiej.
- przeguby walcowe (rys. 3.7) - prosta działania reakcji przegubu jest nieznana (rozkłada się na dwie niezależne składowe Rx i Ry),
- przeguby kuliste (rys. 3.8) - prosta działania reakcji przegubu jest nieznana (rozkłada się na trzy niezależne składowe Rx, Ry, Rz),
- utwierdzenia (zamocowania) rys. 3.9 - prosta działania reakcji w ogólnym przypadku może być  nieznana. W przypadku utwierdzenia oprócz siły reakcji rozłożonej na dwie składowe Rx i Rnależy przyłożyć tzw. moment utwierdzenia Mu.





Pytania sprawdzające.

1. Podać co to są siły zewnętrzne i jak je dzielimy?
2. Podać trzecie prawo sformułowane przez Newtona.
3. Podać co to jest reakcja?
4. Co rozumiemy przez  więzy?
5. Podać prawo (pewnik) dotyczące brył nieswobodnych.
6. Wymienić rodzaje połączeń (+ rysunki z zaznaczonymi siłami reakcji).