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Sistemi di forze e loro riduzione

sabato 23 novembre 2019 15:39

Definizione

Le forze sono esempi di vettori applicati, cioè vettori dei quali bisogna conoscere non solo il vettore (cioè direzione, verso e modulo), ma anche il loro punto di applicazione per conoscere il loro effetto.

Un sistema di vettori applicati è un insieme del tipo:

S = { (F1, P1), (F2, P2), ..., (Fn, Pn) }

Sistemi di forze e loro riduzione

sabato 23 novembre 2019 15:39

Definizione

Le forze sono esempi di vettori applicati, cioè vettori di cui bisogna conoscere non solo il vettore (cioè direzione, verso e modulo), ma anche il loro punto di applicazione per conoscere il loro effetto.

vettore applicato = ( \(\vec{F}\), \(\vec{P}\) )

Un sistema di vettori applicati è un insieme del tipo:

S = {(\(\vec{F}_1\), \(\vec{P}_1\)), (\(\vec{F}_2\), \(\vec{P}_2\)), ..., (\(\vec{F}_n\), \(\vec{P}_n\))}

Definizione

Si dice momento di una forza (F, P) rispetto ad un polo O:

Mo = OP ^ F

Quanto vale Mo?

  • Direzione - ∥ î
  • Verso - se α è antiorario il momento è uscente e viceversa
  • Modulo: |OP ^ F| = |F| |OP| sin α = |F| |braccio|

Osservazione:

Il momento dipende dal polo preso in considerazione: per esempio rispetto ad O è uscente, mentre rispetto a O' è entrante.Si nota che la retta di applicazione divide il piano in due parti: per tutti i poli che stanno dalla stessa parte il momento avrà lo stesso verso; se, invece, sono da parti opposte avranno versi opposti. Per i poli che stanno sulla retta di applicazione il momento è nullo.

Vettori caratteristici e formula di trasporto del momento

Definizione

Si dicono vettori caratteristici di un sistema di forze i seguenti due vettori:

  • vettore risultante R = ∑Fi
  • vettore momento risultante rispetto ad un polo O = ∑ Opi ∧ Fi

Due sistemi di forze S e S' si dicono equivalenti, se hanno gli stessi vettori caratteristici.

formula di trasporto del momento risultante

Come sono legati i momenti risultanti calcolati rispetto a due poli diversi?

∑̅Om ∧ Fi = ∑(OO' + Opi) ∧ Fi = ∑ OO' ∧ Fi + ∑ Opi ∧ Fi = ∑ OO' ∧ Fi + ∑ Opi ∧ Fi

Quindi:

O = O' + OO' ∧ R

Riduzione di un sistema di forze

Dato un sistema di forze S con vettori caratteristici R̅ e M̅O, voglio trovare un altro sistema S' con il minor numero di forze possibile che sia equivalente a S.

S

  • R̅
  • M̅O

S'

  • R̅' = R̅
  • M̅O' = M̅O
  1. Se R̅ = 0̅ e M̅O = 0̅, S' = ∅

  2. Sia R̅ ≠ 0̅

    • Caso particolare: forze parallele, cioè F̅i = Fiĵ

    R̅ = ∑ Fiĵ = FTOTĵ

    Esiste un sistema S' = { (P*, F̅*) } equivalente a S'?

    R̅' = F̅* = R̅ = F̅ = FTOTĵ

    Quindi S' è equivalente a S se:

    • F̅* = R̅
    • O̅P* = R̅ ∧ M̅O / |R̅|
  3. R̅ = 0̅ e M̅O ≠ 0̅

    S' = { (P, F̅1), (Q, F̅2) }

    R̅ = F̅1 + F̅2 = 0̅

    quindi:

    F̅2 = -F̅1

ℱ2=−ℱ2

Definizione

Si dice COPPIA DI FORZE un sistema di due forze opposte.

Proprietà

È il più semplice sistema con ℝ=0

Ricordando

ℝ0=ℝ0+ℝ̂

Se ℝ=0,

  • ℳ0=ℳ0, cioè il momento non dipende dal polo rispetto al quale viene calcolato
  • ℳ0=ℚℙ∧ℱ+ℚℚ∧ℱ=ℚℙ∧ℱ≠±|ℱ|.braccioK̂ =−|ℱ|.braccioK̂

distanza tra le rette di applicazione delle due forze che sono parallele

Trovare una coppia di momento dato ℰℳ

→ci sono infinite coppie.

ORARIE se ℳ0<0

ANTIORARIE se ℳ0>0

Centro di massa

giovedì 21 novembre 2019 09:25

Forze peso

∀ Pi, Fi = -migj^

Ftot = mtotgj^

Riduzione:

F* = Ftot

OP* = Σmig OPi~ / mrg

CENTRO DI MASSA → punto dove si può applicare Ftot avendo un sistema equivalente.

xG = Σmixi / mtot

OG = ΣmiOPi / mtot

yG = Σmiyi / mtot

  1. SIMMETRIA MATERIALE

Un asse si dice di simmetria per un sistema se:

∀ P ∈ , ∃ P* ∈ * : dist (P,) = dist (P*,) ∧ PP* ⊥

Se m2 = m* la simmetria si dice MATERIALE.

Proprietà

Se é asse di simmetria materiale, G ∈

Se μ è asse di simmetria materiale, G ∈ μ

2) Proprietà di composizione

S = S1 ∪ S2 con m1, m2, G2 e G2 noti

OG̅ = m2 OG̅2 + m2 OG̅2 ⁄ m1 + m2

Esempi:

1

R = 1 ⁄ 4 ℓ yc = 1 ⁄ 4 ℓ

x̅G = 0 per simmetria materiale

m3 = m y4 = 0

m2 = -m π ⁄ 16 ℓ2 = -mπ ⁄ 16

y2 = -1 ⁄ 4 ℓ

y̅c = -m π ⁄ 16 ℓ + π ⁄ 64 ℓ ⁄ m(1 - π ⁄ 16) = -π ⁄ 16

2

m1 < m2

Senza calcoli si riesce a prevedere in che zona si troverà il centro di massa.

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Scienze matematiche e informatiche MAT/07 Fisica matematica

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher alessandro_arrigoni di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Meccanica razionale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Biscari Paolo.

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