Условия равновесия в 3-х и 2-х измерениях

В книге описывается, что существуют два условия равновесия твердого тела:

Ф "=" 0 , М о "=" 0
где Ф представляет собой векторную сумму всех внешних сил, действующих на тело, и М о есть сумма пар моментов и моментов всех сил относительно любой точки О.

Если мы хотим выразить эти внешние силы и пару моментов в декартовой системе координат, мы получим 6 уравнений равновесия,

Ф Икс "=" Ф у "=" Ф г "=" 0
М Икс "=" М у "=" М г "=" 0
Я понимаю это, но в 2-х измерениях уравнения равновесия такие
Ф Икс "=" Ф у "=" М о "=" 0.
Почему всего три уравнения? Почему нет четырех, т.е.
Ф Икс "=" Ф у "=" М Икс "=" М у "=" 0.

Это было бы потому, что в 2D есть вектор момента. В 2D момент является скалярной величиной.
В общем момент не вектор. Это «дифференциальная форма ранга 2», поэтому в размерности г в нем есть г ( г 1 ) / 2 компоненты.

Ответы (2)

То, что в книге имелось в виду под «двумя измерениями», на самом деле является системой, на которую действуют силы, лежащие в плоскости, т. е. копланарные силы. Поскольку крутящий момент,

М "=" р × Ф ,
является векторным произведением сил, оно указывает в направлении, перпендикулярном этой плоскости. Если силы находятся в Икс у плоскости, то момент находится в г направление.

Если сила Ф "=" ( Ф Икс Ф у 0 ) лежит на плоскости в каком-то месте (тоже на той же плоскости) р "=" ( Икс у 0 ) тогда равносильный момент имеет только внеплоскостную составляющую

М 0 "=" р × Ф "=" ( Икс у 0 ) × ( Ф Икс Ф у 0 ) "=" ( 0 0 Икс Ф у у Ф Икс )


Происходит нечто подобное, но наоборот, с движением. Скорость точки р "=" ( Икс у 0 ) из-за поворота вокруг происхождения ю "=" ( 0 0 θ ˙ ) целиком лежит на плоскости

в "=" ю × р "=" ( 0 0 θ ˙ ) × ( Икс у 0 ) "=" ( у θ ˙ Икс θ ˙ 0 )