Статика: разбор темы для ЕГЭ по физике

Привет! Я Никита Сахаров, готовлю к ЕГЭ по физике в онлайн-школе «Умскул».

«Я не ленюсь, я просто в статике!»

А это разве одно и то же? Предлагаем вместе разобрать тему, которая точно пригодится тебе на ЕГЭ по физике. Из этой статьи ты узнаешь все определения статики, алгоритмы нахождения плеча силы и момента силы, а также что такое равновесие системы в целом.

Термины в статике

Статика (от греч. «неподвижный») — это раздел механики, в котором изучается условие равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил и моментов.

Что такое сила понятно. Мы прикладываем её, чтобы передвинуть шкаф или другой тяжёлый предмет, а она порождает ускорение. Сила заставляет тело двигаться поступательно, в то время как момент силы заставляет это тело вращаться.

Итак, момент силы — это произведение модуля силы, вращающей тела, на её плечо. Обозначается большой буквой M.

А плечо силы —  это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия этой силы. 

Все термины, формулы и алгоритмы решения задач по физике и другим предметам мы даём на вебинарах в онлайн-школе «Умскул»! Узнай, как попасть на них со скидкой на бесплатной консультации:

Теперь давай разберёмся, как его найти.

Алгоритм нахождения плеча силы

1. Проведи линию действия силы. Для этого будет достаточно просто провести линию через силу в обе стороны.
2. Выбери ось вращения и посмотри кратчайшее расстояние от оси до линии действия. Кратчайшим расстоянием всегда будет перпендикуляр, опущенный с оси вращения на линию действия силы.

Например, на булыжник действуют силы F1 и F2, а сам булыжник зафиксирован на треугольнике. Ось вращения мы берём в той точке, где происходит их соприкосновение. Проводим пунктиром линию действия силы. Затем от точки О, которая является осью вращения, мы должны найти перпендикуляр к линии действия. На схеме ниже получается, что плечо силы F1 — это l1, а плечо силы F2 — l2.

Ось вращения О — точка, вокруг которой тело вращается.

Алгоритм нахождения момента силы

Моментом силы называют произведение модуля силы, вращающей тело, на её плечо. 

В формуле это выглядит так:

Буквой F здесь обозначается сила, а буквой d — плечо.

Если по рисунку выше мы захотим найти M1, то будем делать это по формуле M1 = F1 × l1.

Правило моментов

Допустим, у нас есть вот такой простой рычаг. Здесь, кстати, очень легко понять, где находится ось вращения. На самом деле ты можешь выбрать её где угодно, если речь идёт о статичном положении. Но рекомендуем всегда выбирать там, где есть некоторая сила, момент которой хочешь занулить. 

Запомни: если рычаг находится в равновесии, то сумма моментов сил, поворачивающих рычаг против часовой стрелки, равна сумме моментов сил поворачивающих рычаг по часовой стрелке.

Алгоритм записи правила моментов

1. Правильно выбрать ось вращения. Ось нужно выбирать так, чтобы занулить максимальное количество моментов или занулить моменты силы, которые неизвестны.

На рисунке добавим силу реакции опоры. Обычно в задачах мы о ней ничего не знаем, поэтому если мы выберем ось вращения в точке О, плечо до силы N будет равняться нулю.