Siły wewnętrzne

Siły wewnętrzne są podstawowymi wartościami rozpoczynającymi proces wymiarowania elementów konstrukcyjnych. Umiejętność wyznaczania sił wewnętrznych jest bardzo ważnym elementem naszej wiedzy, ponieważ w dużej mierze przedmioty takie jak wytrzymałość materiałów czy różnego rodzaju mechaniki opierają się właśnie na tych obliczeniach.

Siły wewnętrzne

Obliczenie sił wewnętrznych w konstrukcjach kończy się narysowaniem wykresów sił wewnętrznych. W kolejnych etapach nauki, takie wykresy będziecie musieli rysować z pamięci(to znaczy bez wykonywania obliczeń). Dobrze jest pojąć podstawy, aby później nie mieć z tym problemów.
W dalszej części poradnika, umieszczę zasady sporządzania wykresów sił wewnętrznych z pamięci, ale nie wybiegajmy tak daleko w przód. Tyle słowem wstępu, zobaczmy co to siły wewnętrzne i jak one działają.

Wyznaczenie sił wewnętrznych(przekrojowych) w elementach konstrukcyjnych.

Podczas obliczeń musimy wyznaczyć wartości trzech następujących sił przekrojowych, a dokładnie N, T, M, czyli normalnej, tnącej i momentu zginającego.

Siła normalna

Zobaczmy, jak działa siła normalna na belkę.

Siły wewnętrzne - siły normalne

Bardzo łatwo zauważyć, że siły normalne to te, które działają równoległe do osi belki. Gdy siła powoduje rozciąganie pręta, wtedy otrzymujemy wartości dodatnie, gdy siła powoduje ściskanie pręta wartości siły N będą ujemne.

Siła tnąca

Teraz zobaczmy, jak działają siły tnące na belkę.

 

W przypadku tnących sił przekrojowych widzimy, że działają one prostopadle do osi belki. Gdy groty sił zwrócone są w stronę belki otrzymujemy wartości ujemne, a gdy są odwrócone mamy wartości dodatnie.

Moment zginający

Zobaczmy, jak działa ostatnia siła wewnętrzna M – moment zginający.

 

W tym przypadku widzimy, że siły powodują zginanie belki. Od tego, jak belka jest zginana, zależy znak wartości momentu zginającego. Przypominam rozciąganie(+), ściskanie(-).

Proponuje zapamiętać te rysunki, ponieważ podczas obliczania belek, ram, kratownic czy łuków przeważnie na tym studenci robią błąd, czyli przyjmują zwroty poszczególnych sił ze złymi znakami. Tyle słowem wstępu do sił wewnętrznych, w kolejnym kroku zapoznamy się z podstawami rysowania wykresów sił przekrojowych.