ОБЩИЙ ПРИЗНАК ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ДВУХ СИСТЕМ СИЛ (КРИТЕРИЙ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ)
Теорема. Для того, чтобы две системы сил были эквивалентны, необходимо и достаточно, чтобы у этих систем были геометрически равны соответственно главные векторы и главные моменты относительно одного и того же полюса.
Доказательство.
Необходимость.
Дано: .
Следует доказать, что у этих систем сил равны главные векторы и главные моменты относительно одного и того же полюса, то есть что
, .
Доказательство: Системы сил и эквивалентны, следовательно, одна из другой могут быть получены с помощью элементарных операций. Но элементарные операции не изменяют главный вектор и главный момент системы сил – второе (геометрическое) свойство элементарных операций, поэтому , .
Достаточность.
Дано: две системы сил и , главные векторы и главные моменты которых равны, то есть , .
Доказать, что системы и эквивалентны.
Доказательство: Не ограничиваясь в общности, проводим доказательство в предположении, что каждая из систем и состоит из двух сил, то есть пусть даны системы сил и (рис 34а). В силу основной леммы статики системы сил и , содержащие произвольное число сил всегда при помощи элементарных операций могут быть приведены к двум силам, при этом главные векторы и главные моменты этих систем сил не изменяются.
Рассмотрим дополнительную систему , силы которой пряморотивоположны силам системы :
, .
Тогда , .
Системы сил (рис. 34а) и (рис. 34в) эквивалентны:
,
так как система может быть получена из системы отбрасыванием прямопротивоположных сил и .
Рассмотрим систему , состоящую из сил .
Главный вектор: .
Главный момент:
.
Согласно основной лемме статики систему сил можно заменить двумя силами . Тогда ~. У эквивалентных систем сил равны главные моменты и главные вектор: поэтому
,
,
то есть – прямопротивоположные силы, которые можно отбросить. Таким образом:
,
или .
Теорема доказана.