Файл: Гольдин И.И. Основы технической механики учеб. пособие.pdf

И.И. ГОЛЬДИН, Ю, В. ПРОКОФЬЕВ

основы

ТЕ Х Н И Ч Е С К О Й

М Е Х А Н И К И

Р е к о м е н д о в а н о Г о с у д а р с т в е н н ы м к о м и т е т о м

С о в е т а М и н и с т р о в С С С Р п о п р о ф е с с и о н а л ь н о - т е х н и ч е с к о м у о б р а з о в а н и ю

в к а ч е с т в е у ч е б н о г о п о с о б и я д л я п о д г о т о в к и р а б о ч и х

М О С К В А « В Ы С Ш А Я Щ Ш Л А » 1974

605 Г 63

Гольдин И. И,, Прокофьев Ю. В.

Г 63 Основы технической механики. Учеб. пособие для подгот. рабочих. М.; «Высш. школа», 1974.

352 с. с ил.

Книга состоит из четырех частей: элементы теоретической механики, основные понятия о механизмах и машинах, основы сопротивления материа­ лов и основные сведения о деталях машин. В пособии приведены упражне­ ния, задачи с решениями и вопросы для повторения.

Книга предназначена в качестве учебного пособия для подготовки рабочих.

-Ji.УКЛАДА, р

© Издательство «Высшая школа», 1974 г.

Часть первая ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

ВВ Е Д Е Н И Е

§1. Содержание теоретической механики

Все, что реально существует на Земле и вне Земли; все, что мы можем ощущать с помощью наших органов чувств или с помощью различных приборов, расширяющих воз­

ществования и основным и неотъемлемым свойством ма­ терии является движение. Свет, электричество, теплота, химические процессы, множество других физических яв­ лений, наконец, сама жизнь во всех ее проявлениях пред­ ставляют различные формы движения.

Из многообразных форм движения мы в дальнейшем будем изучать наиболее простую форму — механическое движение тел.

Понятие «тело» является обобщающим. Под телом мы понимаем и звезды, Солнце, Землю, и все предметы, нахо­

ся изменение его положения по отношению к другим телам с течением времени.

Вокруг нас множество тел, которые скользят, катятся, падают, летают, совершают колебания, находятся в покое." Мы постоянно встречаемся с движением тел в природе, технике и повседневной жизни. В мировом пространстве движутся Солнце и звезды, Земля и другие планеты, кометы и метеориты. В околоземном пространстве летят космические корабли и искусственные спутники Земли,

5

Миллионы всевозможных механизмов в различных ма­ шинах совершают рабочие движения, которые мы исполь­ зуем для выполнения операций и процессов, позволяющих в конечном итоге создавать предметы, нужные для Людей. Все перечисленные действия относятся к механическому движению.

Науку, изучающую механическое движение материаль­

Изучение движений основных частей этих машин (ры­ чагов, катков, блоков, канатов), накопление практических приемов создания новых машин и привели к зарождению механики. Долгое время люди в основном описывали вне­ шние признаки и результаты движения тел. Однако они очень мало знали о причинах движения.

Современные представления о движении и его причинах начали складываться всего 300 лет назад. Галилей (1564— 1642) и Ньютон (1642—1727) сумели обобщить многовеко­ вые наблюдения, самые разнообразные факты о движении тел, сформулировав основные законы механики. Они первые правильно объяснили механическое движение и причины,

На Земле мы наблюдаем тела, находящиеся в покое, или, как говорят, в состоянии равновесия. Металлические и железобетонные конструкции здания цеха, плотина гид­ роэлектростанции, грузоподъемные краны, станины ме­ таллорежущих станков должны находиться именно в со­ стоянии равновесия. Поэтому в задачи теоретической ме­ ханики входит определение условий, при которых соблю­

6

тип станка. Во всех этих случаях нужно определить вели­ чины, характеризующие движение тела или отдельных его точек, и не обязательно знать причины, вызвавшие само движение. Изучением движения тел на основании зако­ нов геометрии занимается раздел механики, называемый к и н е м а т и к о й .

Наконец, самые сложные задачи возникают в тех слу­ чаях, когда необходимо учитывать причины, вызывающие изменение движения. Для запуска искусственного спутника Земли ракета-носитель должна стартовать вертикально. Затем ее движение становится все более быстрым вследст­ вие тяги работающих двигателей и одновременно изменяется направление полета, которое все больше приближается к горизонтальному. Все операции, выполняемые до момента выведения спутника на орбиту: старт, отделение отрабо­ тавших ступеней ракеты, изменение направления полета — можно осуществить только в том случае, если для каждого этапа полета заранее были определены и учтены причины изменения движения: тяга основных ракетных двигателей, масса ракеты, изменяющаяся по мере выработки топлива, работа вспомогательных устройств, обеспечивающих за­

Статика, кинематика и динамика охватывают все во­ просы, связанные с механическим движением тел, и позво­

и силы, действующие на расстоянии, когда, взаимодей­ ствующие тела не находятся в контакте друг с другом.

Чтобы затянуть резьбовое соединение, рукой действуют на рукоятку гаечного ключа. Мышцы руки при этом сокра­ щены. При заводе наручных часов закручивается спираль­ ная пружина, обеспечивающая ход часового механизма. Для перемещения в цехе тяжелой детали ее обвязывают тросом и поднимают грузоподъемным устройством. -

7

В приведенных примерах силы возникают при непо­ средственном взаимодействии тел. В результате тела из­ меняют свои размеры или форму—деформируются.

Как правило, силы, действующие при соприкосновении тел, исчезают вместе с исчезновением деформаций. Эти силы называют с и л а м и у п р у г о с т и .

Гораздо труднее объяснить взаимодействие тел, нахо­ дящихся на некотором расстоянии друг от друга. То, что силы могут действовать на расстоянии, мы знаем из наблю­ дений явлений природы и опытов. Самым важным приме­ ром являются силы всемирного тяготения, или, как их иногда называют, гравитационные силы. В частном случае это силы притяжения к Земле. Если поднять тело над Зем­ лей и предоставить его самому себе, то оно начнет падать, двигаться с непрерывно возрастающей скоростью. Во время падения тело не соприкасается ни с какими телами и все же происходит изменение его движения. Этот опыт по­ казывает, что результатом взаимодействия Земли и тела является сила, действующая на расстоянии.

Магнитные силы Земли, действующие на стрелку ком­ паса, являются силами того же характера.

На расстоянии действуют также электрические силы. Заряженные тела притягиваются или отталкиваются в за­ висимости от того, разноименны или одноименны их за­ ряды.

§ 3. Измерение величины силы

Кроме установления природы (вида) силы, важно также измерить ее. Мы знаем, что силы упругости возникают между телами только в том случае, если тела деформиро­ ваны. Это явление и используется для измерения величины силы. Практически это можно сделать так. Возьмем сталь­ ную проволоку длиной /„ и подвесим на нее массивный груз (рис\ 1). В результате взаимодействия груза и проволоки возникает деформация последней — она удлиняется на величину а. Правда, следует отметить, что это удлинение мало и его можно зафиксировать только с помощью спе­ циальных приборов.

Если же из той же проволоки длиной /0 совьем пружину, имеющую в свободном состоянии высоту h0 (рис. 2), тот же груз, подвешенный к пружине, растянет ее на величину аъ значительно большую, чем величина удлинения а простой проволоки. Величину удлинения ах пружины можно измерить обычной линейкой. Таким простым способом, изменив форму

8

проволоки, мы сумели сделать возможным измерение деформа­ ций. Реальные свойства металлов таковы, что при не очень больших деформациях величина силы, растягивающей

ним и тем же;

величину удлинения пружины можно сопоставить с ве­ личиной силы притяжения к Земле эталонной гири.

По гире-эталону были тщательно изготовлены много­ численные копии. И в свою очередь, по этим копиям изго­ товляются и периодически сравниваются те гири, которые мы применяем в практической работе. При измерениях именно они выполняют роль эталонной гири.

Наряду с единицей силы 1 кГ применяют единицы силы, кратные 1 кГ,

9