1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВНЕШНИХ СИЛ

Внешние силы, воспринимаемые конструкциями и их деталями, принято называть нагрузками. Классификация нагрузок производится по различным признакам.

Различают силы поверхностные, приложенные к точкам поверхности тела, и силы объемные, действующие на все точки объема, занимаемого телом.

Примером объемных сил являются силы тяжести, силы магнитного притяжения, центробежные силы и т. д. Объемные силы, непрерывно распределенные по всему телу, характеризуются их интенсивностью в каждой точке тела. Пусть — вектор объемной силы, приходящейся на элементарный объем Тотда вектор

будет представлять собой интенсивность объемной силы в точке, к которой стягивается поверхность, ограничивающая объем А У. Интенсивность объемной силы имеет размерность силы, деленной на объем.

Поверхностные силы являются результатом взаимодействия твердых тел или воздействия на них внешней среды, например воздуха на крыло самолета в полете и т. Эти силы могут быть приложены ко всей поверхности тела или к отдельным ее частям и распределены по поверхности их действия самым различным образом.

Поверхностные силы характеризуются интенсивностью — силой, приходящейся на единицу площади поверхности тела. Обозначим через равнодействующую поверхностных сил, передающихся через площадку Интенсивность поверхностной силы в точке, находящейся внутри контура площадки, будет определена вектором

при условии стягивания контура, ограничивающего площадку, к рассматриваемой точке. Интенсивность поверхностной силы имеет размерность силы, деленной на площйдь.

Иногда площадка действия нагрузки имеет вид вытянутого прямоугольника, высота которого значительно больше основания. В таких случаях интенсивность поверхностной нагрузки рассчитывается на единицу длины и называется погонной нагрузкой. Погонная нагрузка имеет размерность силы, деленной на длину.

Если размеры площадки действия внешних сил очень малы по сравнению с размерами поверхности тела, то в расчетах такие распределенные поверхностные силы принято заменять их равнодействующей — сосредоточенной силой. Но это лишь приближенное представление действительных сил, так как через точку никаких сил передать нельзя. В природе сосредоточенных сил не существует, потому что в зоне контакта твердые тела деформируются, и поэтому сила их взаимодействия будет передаваться не через точку, а через площадку пусть малых, но обязательно конечных размеров.

По характеру приложения нагрузки подразделяются на статические и динамические.

Нагрузки, медленно возрастающие от нуля до своего конечного значения, называются статическими. Под «медленным» понимается такое возрастание сил, при котором вызываемые ими ускорения частиц тела настолько незначительны, что этими ускорениями можно пренебречь и считать тело находящимся в состоянии равновесия в любой момент процесса нагружения.

Нагрузки, быстро достигающие своего конечного значения и вызывающие заметные ускорения частиц тела, называются динамическими. Для характеристики динамической нагрузки существенным является не только ее максимальное значение, но и скорость возрастания во времени. Примером динамических нагрузок являются различного рода ударные нагрузки.

Нагрузки могут быть как постоянными, так и переменными во времени. Примером последних являются нагрузки, возникающие при колебаниях конструкции.

В дальнейшем везде, где это не оговорено, предполагается, что нагрузки прикладываются к телу статически и длительно действуют на конструкцию. Динамические и переменные нагрузки рассматриваются в специальном разделе курса сопротивления материалов.