Геометрические характеристики плоских сечений
Основные геометрические характеристики поперечных сечений бруса, определяющие сопротивление различным видам деформаций. Моменты инерции плоских фигур и сложных сечений. Моменты инерций относительно параллельных осей. Определение направления главных осей.
| Рубрика | Математика |
| Вид | конспект урока |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.10.2016 |
| Размер файла | 188,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Геометрические характеристики плоских сечений
Основным объектом, изучаемым в курсе сопротивление материалов, является стержень.
Сопротивление стержня различным видам деформации часто зависит не только от его материалов и размеров, но и от очертаний оси, формы поперечных сечений и их расположения. Рассмотрим основные геометрические характеристики поперечных сечений бруса, определяющие сопротивление различным видам деформаций.
Статические моменты площади. Центр тяжести площади.
Рассмотрим произвольную фигуру (поперечное сечение бруса), связанную с координатными осями и . Выделим элемент площади с координатами , . По аналогии с выражением для момента силы относительно какой-либо оси можно составить выражения и для момента площади, которое называется моментом площади. Так, произведение элемента площади на расстояние от оси .
называется статическим моментом элемента площади относительно оси .
Аналогично:
Просуммировав такие произведения по всей площади фигуры, получим соответственно статические моменты относительно осей и :
;
Пусть , - координаты центра тяжести фигуры. Продолжая аналогию с моментами сил, на основании теоремы о моменте равнодействующей можно написать следующие выражения:
где - площадь фигуры. Очевидно, что статические моменты площади относительно осей проходящих через центр тяжести (центральных осей) равны нулю.
Координаты центра тяжести:
.
В качестве примера вычислим статический момент треугольника относительно оси, проходящей через основание. На расстоянии от нее выделим элементарную площадку в виде полоски, параллельной оси . Площадь полоски
.
Учитывая, что
,
Имеем
.
Еще проще решить эту задачу, пользуясь формулой
Учитывая, что
; ,
статический момент
Для вычисления статических моментов сложной фигуры ее разбивают на простые части, для каждой из которых известна площадь и положение центра тяжести и . Статический момент площади всей фигуры относительно данной оси определяется как сумма статических моментов каждой части:
По формулам легко найти координаты центра тяжести сложной фигуры:
;
Моменты инерции плоски фигур
Осевым, или экваториальным, моментом инерции площади фигуры называют интеграл произведений элементарных площадей на квадраты расстояний от рассматриваемой оси
Полярным моментом инерции площади фигуры относительно данной точки (полюса ) называют интеграл произведений элементарных площадей на квадраты их расстояний от полюса:
Если через полюс проведена система взаимно перпендикулярных осей и , то . Из выражения имеем
Отметим, что величины осевых и полярных моментов инерции всегда положительны.
Центробежным моментом инерции называют интеграл произведений площадей элементарных площадок на их расстояния от координатных осей и :
В зависимости от положения осей центробежный момент инерции может быть положительным или отрицательным. Очевидно, что, постепенно поворачивая оси, можно найти такое их положение, при котором центробежный момент инерции равен нулю. Такие оси называют главными осями инерции.
Две взаимно перпендикулярные оси, из которых хотя бы одна является осью симметрии фигуры, всегда будут ее главными осями инерции
Главные оси, проходящие через центр тяжести сечения, называют главными центральными осями.
Моменты инерций сложных сечений.
В расчетной практике часто приходится вычислять моменты инерции сложных сечений относительно различных осей, лежащих в плоскости фигуры. Для стандартных поперечных сечений стержней моменты инерции относительно различных осей даны в сортаменте.
При вычислении нестандартных сложных сечений последние можно разбить на отдельные простые части, моменты которых известны. Из основного свойства интеграла суммы следует, что момент инерции сложной фигуры равен сумме моментов инерции составных ее частей.
Если в сечении есть отверстие, его обычно удобно считать частью фигуры с отрицательной площадью.
Моменты инерций относительно параллельных осей.
Пусть известны моменты инерции фигуры относительно центральных осей и :
; ;
Требуется определить моменты инерции относительно осей, параллельных центральным
; ;
Координаты любой точки в новой системе можно выразить через координаты в старых осях так:
;
Подставим эти значения в формулы и интегрируем почленно:
Так как интегралы и равны нулю как статические моменты относительно центральных осей, то формулы принимают вид
;
;
Зависимости между моментами инерции при повороте координатных осей.
Пусть известны моменты инерции произвольной фигуры относительно координатных осей ,:
; ;
Повернем оси , на угол против часовой стрелки, считая угол поворота осей в этом направлении положительным.
Найдем теперь моменты инерции сечения относительно повернутых осей ,:
; ;
Координаты произвольной элементарной площадки в новой системе выражаются через координаты , прежней системы следующим образом:
Подставив эти выражения в окончательно получим:
Складывая почленно формулы находим
При повороте прямоугольных осей сумма моментов инерции не изменяется и равна полярному моменту инерции относительно начала координат.
Определение направления главных осей. Главные моменты инерции.
Наиболее практическое значение имеют главные центральные оси, центробежный момент инерции относительно которых равен нулю. Будем обозначать такие оси буквами и .
Чтобы определить положение главных центральных осей несимметричной фигуры, повернем произвольную начальную систему центральных осей , на некоторый угол при котором центробежный момент инерции становится равным нулю:
геометрический инерция момент ось
Согласно формулы
,
Откуда
.
Полученные из формулы два значения угла отличаются друг от друга на 90° и дают положение главных осей. Как легко видеть, меньший из этих углов по абсолютной величине не превышает р/4. В дальнейшем будем пользоваться только меньшим углом. Проведенную под этим углом главную ось будем обозначать буквой . На рис приведены некоторые примеры обозначения главных осей в соответствии с указанным правилом. Начальные оси обозначаются буквами и .
Значения главных моментов инерции можно определить из следующих выражений:
;
,
Причем верхние знаки следует брать при >, а нижние - при <.
Понятие о радиусе инерции
Момент инерции фигуры относительно какой-либо оси можно представить в виде произведения площади фигуры на квадрат некоторой величины, называемой радиусом инерции.
где - радиус инерции относительно оси .
Из выражения следует, что
Аналогично радиус инерции площади сечения относительно оси
Главным центральным осям инерции соответствуют главные радиусы инерции
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обзор и характеристика различных методов построения сечений многогранников, определение их сильных и слабых сторон. Метод вспомогательных сечений как универсальный способ построения сечений многогранников. Примеры решения задач по теме исследования.
презентация [364,3 K], добавлен 19.01.2014История происхождения слова "пирамида". Виды пирамид, построение проекций. Полная пирамида: определение свойств, площади, объема. Что такое усеченная пирамида, ее свойства и основные характеристики, построение плоских сечений. Развернутый вид пирамиды.
презентация [2,1 M], добавлен 11.06.2009Понятие конических сечений. Конические сечения-пересечения плоскостей и конусов. Виды конических сечений. Построение конических сечений. Коническое сечение представляет собой геометрическое место точек, удовлетворяющих уравнению второго порядка.
реферат [808,4 K], добавлен 05.10.2008Построение графиков функций F(x), симметричное их отбражение относительно оси координат ОХ, ОУ, при значениях -F, -x. Особенности построения графиков функций и симметричное отображение относительно осей координат: f(x)+A; f(x+а); kf(x); |f(x)|; |f(|x|)|.
контрольная работа [82,1 K], добавлен 18.03.2010Образование конических сечений. Основное свойство и уравнение эллипса, исследование формы по его уравнению. Исследование форм параболы по ее уравнению. Директориальное свойство конических сечений. Эллипс, гипербола и парабола как конические сечения.
курсовая работа [156,7 K], добавлен 08.11.2013Вычисление площадей плоских фигур. Нахождение определенного интеграла функции. Определение площади под кривой, площади фигуры, заключенной между кривыми. Вычисление объемов тел вращения. Предел интегральной суммы функции. Определение объема цилиндра.
презентация [159,1 K], добавлен 18.09.2013Начальные геометрические сведения и формирования представлений учеников о понятиях точки, прямой, отрезка, треугольника, параллельных прямых, их расположение относительно друг друга. Задачи на вычисление геометрических величин и изображение фигур.
презентация [222,5 K], добавлен 15.09.2010Основные свойства кривых второго порядка. Построение кривой в канонической и общей системах координат. Переход уравнения поверхности второго порядка к каноническому виду. Исследование формы поверхности методом сечений и построение полученных сечений.
курсовая работа [166,1 K], добавлен 17.05.2011Понятие и историческая справка о конусе, характеристика его элементов. Особенности образования конуса и виды конических сечений. Построение сферы Данделена и ее параметры. Применение свойств конических сечений. Расчеты площадей поверхностей конуса.
презентация [499,0 K], добавлен 08.04.2012"Конические сечения" Аполлония. Вывод уравнения кривой для сечения прямоугольного конуса вращения. Вывод уравнения для параболы, для эллипса и гиперболы. Инвариантность конических сечений. Дальнейшее развитие теории конических сечений в трудах Аполлония.
реферат [174,6 K], добавлен 04.02.2010Ознакомление с принципами параллельного переноса, растяжения и сжатия функции y=f(x) вдоль осей Ох и Оу. Рассмотрение правил симметрического отображения функции относительно осей координат. Особенности сложения и умножения ординат точек графиков.
презентация [356,6 K], добавлен 16.12.2011Поверхности второго порядка. Исследование поверхности методом параллельных сечений. Однополосным гиперболоидом называется поверхность, которая в некоторой прямоугольной системе координат определяется уравнением.
реферат [361,3 K], добавлен 15.04.2003Приведение уравнения к каноническому виду при помощи преобразований параллельного переноса и поворота координатных осей. Нахождение фокусов, директрис, эксцентриситета и асимптот кривой. Построение графика кривой в канонической и общей системах координат.
контрольная работа [133,5 K], добавлен 12.01.2011Интеграл Риммана как одно из понятий математического анализа. Примеры решения определенного интеграла. Площадь криволинейного сектора в полярных координатах. Вычисление объема тела по площадям параллельных сечений, плоскостью перпендикулярной оси ОХ.
контрольная работа [570,2 K], добавлен 13.12.2011Понятие интеграла. Приложения двойных интегралов к задачам механики: масса плоской пластинки переменной плотности; статические моменты и центр тяжести пластинки; моменты инерции пластинки. Вычисление площадей и объёмов с помощью двойных интегралов.
реферат [508,3 K], добавлен 16.06.2014Вид как изобpажение обpащенной к наблюдателю видимой части повеpхности пpедмета, его разновидности: местный и дополнительный. Понятие и типы сечений, правила их обозначения. Pазpез: сущность и классификация. Порядок и этапы выполнения сложных разрезов.
презентация [972,1 K], добавлен 27.11.2013Моменты и центры масс плоских кривых. Теорема Гульдена. Площадь поверхности, образованной вращением дуги плоской кривой вокруг оси, лежащей в плоскости дуги и ее не пересекающей, равна произведению длины дуги на длину окружности.
лекция [20,9 K], добавлен 04.09.2003Повторение и обобщение типов задач, в том числе фигур сложной геометрической конфигурации. Классификация задач, систематизация способов решения. Развитие коммуникативных компетенций (умения работать в группе). Развитие интеллектуальной деятельности.
презентация [1,9 M], добавлен 29.05.2019История интегрального и дифференциального исчисления. Приложения определенного интеграла к решению некоторых задач механики и физики. Моменты и центры масс плоских кривых, теорема Гульдена. Дифференциальные уравнения. Примеры решения задач в MatLab.
реферат [323,3 K], добавлен 07.09.2009Основные фигуры в пространстве. Геометрические тела: куб, параллелепипед, тетраэдр. Способ задания плоскости. Взаимное расположение прямой и плоскости. Следствия из аксиом стереометрии. Геометрические понятия: вершина, прямая, точка, ребро, грань.
презентация [316,1 K], добавлен 10.11.2013
