Сили реакції опор

Рис. 1: схема досліду

Сили реакції опор - це сили, які довкілля через опирання (опору) прикладає до конструктивного елемента або несучої конструкції, коли таке опирання не дає елементові зміститися в місці опирання.

Обчислення сил реакції опор - важливе завдання в мостобудуванні. Інженери-будівельники мають розрахувати, якими мають бути сили в опорах, щоб міст перебував у рівновазі. Особливо це важливо для моста, що спирається на опорні стовпи.

Розуміння сил реакції опор має вирішальне значення для інженерів і архітекторів: лише так вони можуть переконатися, що їхні споруди безпечні та стійкі.

Попередні знання

Учні мають знати поняття сил реакції опор і розуміти основні поняття статики.

Принцип

На моделі треба дослідити, яким є навантаження (сила реакції опори) на двох опорних стовпах (опорах), які, наприклад, тримають міст, а на мості стоять транспортні засоби.

Навчальна мета

У досліді «Сили реакції опор» досліджували сили реакції опор: навантаження задавали різної величини і в різних місцях, а сили реакції двох опорних стовпів вимірювали. Сили реакції опор є наслідком навантаження. Коли в статичній системі змінюється навантаження, змінюються й сили реакції опор.

Завдання

У цьому досліді учні мають порівняти навантаження і сили реакції опор, щоб відкрити зв'язок між навантаженням і силами реакції опор. Так учні краще зрозуміють сили реакції опор.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Рис. 2: схема досліду

Складання 1

• Накресли на демонстраційній дошці міст: два опорні стовпи і мостовий елемент, завдовжки такий самий, як важіль, розташований горизонтально.
• Обладнай кінці важеля біля позначок № 10 дротяними петлями, зігнутими так, щоб важіль, який згодом на них підвішуватимеш, не перекошувався і не зісковзував.

Складання 2

• Навантаж тримач для прорізних тягарців тягарцями (3 x 50 г) і виміряй динамометром його силу тяжіння .

• Постав динамометр на демонстраційну дошку, виміряй і запиши силу тяжіння для важеля (мостового елемента, тобто балки).
• Постав другий динамометр і підвісь важіль за допомогою дротяних петель на гачки тягових шнурів. Посувай динамометр, доки важіль не повисне (горизонтально) перед накресленим мостовим елементом, а тягові шнури не стануть перпендикулярно до нього.
• Доповни рисунок на демонстраційній дошці стрілками сил (рис. 3).
• Виміряй і запиши сили реакції опор і .

Рис. 3: схема досліду

• Запиши , а з досліду 1 - також .
• Підвішуй тримачі з тягарцями по черзі біля різних позначок. Щоразу посувай динамометри, доки важіль не стане горизонтально, а тягові шнури - перпендикулярно до нього.
• Виміряй відповідні сили реакції опор і і запиши їх у таблицю 1. Запиши також номери позначок, біля яких щоразу прикладена ,.

Рис. 5

Спершу - відповідно до результату досліду 1 - помічають, що .

Сили реакції опор можна обчислити за правилом важеля: експериментальну установку розглядають як односторонній важіль, точка обертання якого збігається з точкою прикладання сили або . Тоді справджується (пор. рис. 5):

. або

Знову ж таки, у межах точності вимірювання дістаємо:

.

Виміряні сили реакції опор збігаються з тими, які дає підхід

тобто

(пор. рис. 6).

Рис. 6

Рис. 7