Приведение произвольной системы сил к силе и паре сил
Докажем основную теорему статики (теорему Пуансо): любую произвольную систему сил, действующих на твердое тело, можно в общем случае привести к силе и паре сил.
Такой процесс замены системы сил одной силой и парой сил называют приведением системы сил к заданному центру.
Пусть дана произвольная система сил (), приложенных к твердому телу. Выберем произвольную точку О тела за центр приведения и каждую силу заданной системы сил приведем к точке О (см. рис.). Получим
() ~ {; (), (), …, ()} .
Таким образом, система из п сил заменена системой из 3п сил, т. е. в точке О приложена система сходящихся сил () и на твердое тело действует также система п присоединенных пар сил
{(), (), …, ()} .
Векторные моменты присоединенных пар сил, можно выразить через векторные моменты заданных сил:
; i= 1, 2, ..., п.
Систему сходящихся сил () заменим их равнодействующей , которая равна векторной сумме сил и геометрически изображается замыкающим вектором силового многоугольника, построенного на этих силах.
Итак, () ~ (), где
Для системы сходящихся сил () сила является равнодействующей силой, а для заданной системы сил () сила является лишь только ее векторной суммой, или главным вектором.
Главным вектором системы сил называют вектор, равный векторной сумме этих сил. Он изображается вектором, замыкающим силовой многоугольник, построенный на силах, т. е.
Систему присоединенных пар сил (,),(,), … ,(,) по тeopeме о сложении пар сил можно заменить одной парой сил (,) с векторным моментом ,
который называют главным моментом. Главный момент равен сумме векторных моментов присоединенных пар. Учитывая формулу для имеем
Индекс О означает, что за центр приведения взята точка О. Итак, главным моментом системы сил относительно точки О тела называют сумму векторных моментов всех сил системы относительно этой точки.
Главный момент системы сил является вектором, замыкающим векторный многоугольник, образованный при сложении векторных моментов сил системы относительно выбранного центра.
Таким образом, доказана основная теорема статики: любую систему сил, действующих на твердое тело, можно привести к силе, равной главному вектору системы сил, и паре сил, векторный момент которой равен главному моменту системы сил относительно точки, выбранной за центр приведения.
В краткой форме эту теорему можно выразить так:
~ () ,
т. е. каждую систему сил можно. привести к главному вектору и главному моменту относительно произвольного центра. Следует учитывать, что это условная формулировка основной теоремы. Главный момент характеризует действие на тело пары сил (Ф, Ф'), лежащей в плоскости, перпендикулярной главному моменту.