Siły działające na ciało

Siły działające na ciało można podzielić na objętościowe i powierzchniowe. Pierwsze z nich odnoszą się do obciążenia rozłożonego na całą objętość obiektu, natomiast drugie odnoszą się do sił działających na całą powierzchnię obiektu lub jej część. Przykładami sił objętościowych są ciężar oraz siły odśrodkowe spowodowane ruchem obrotowym. Przykładami sił powierzchniowych są siły reakcji i siły tarcia powstające w wyniku kontaktu z innymi obiektami. Do najczęściej spotykanych przykładów obu rodzajów sił należą:

• siły objętościowe, np.:
  • ciężar,
  • siły odśrodkowe powstałe w wyniku ruchu obrotowego;
• siły powierzchniowe, np.:
  • siły reakcji,
  • siły tarcia występujące podczas kontaktu z innymi obiektami.

Siły objętościowe i siły powierzchniowe nie ograniczają się do obciążeń mechanicznych, ale mają również znaczenie w innych zjawiskach w naukach przyrodniczych i inżynierii, takich jak przenoszenie ciepła, dynamika płynów i zjawiska elektromagnetyczne. Ogólniej rzecz biorąc, wielkości wyrażone na jednostkę objętości i rozłożone w całym obiekcie odpowiadają siłom objętościowym. Z drugiej strony, wielkości, które można wyrazić na jednostkę powierzchni i które oddziałują na powierzchnię obiektu, są klasyfikowane jako siły powierzchniowe.

W jaki sposób uwzględnia się siły w analizie numerycznej?

W metodzie elementów skończonych siły objętościowe i siły powierzchniowe są uwzględniane w równaniu macierzowym na różne sposoby. Siły objętościowe są uwzględniane poprzez całkowanie siły objętościowej w całym obiekcie, natomiast siły powierzchniowe są zadawane w warunkach brzegowych obciążenia.

W rzeczywistej analizie elementów skończonych siły objętościowe definiuje się poprzez wprowadzenie gęstości i przyspieszenia obiektu w odpowiednich kierunkach. Siły powierzchniowe definiuje się poprzez określenie obszaru, w którym działa siła oraz kierunki składowych siły.