Растяжению подвергаются далеко не все элементы конструкций. Повседневный опыт убеждает в том, что очень часто силы действуют не вдоль оси стержня, а по­перек. К чему это приводит? Вспомним, какие неприят­ные ощущения возникают, когда приходится переходить бурлящий ручей по перекинутой через него доске. Как; угрожающе прогибается доска, издавая подозрительные звуки, едва человек достигнет ее середины.

Нетрудно убедиться, что если силы действуют пер­пендикулярно оси стержня, то в процессе нагружения происходит искривление его оси. В этом случае стержень называют балкой. Следовательно, балка при действии поперечных нагрузок изгибается. По характеру дефор­маций, испытываемых балкой, этот вид нагружения и получил название изгиба.

Концы балки закрепляют с помощью специальные конструктивных устройств — опор. Доска, перекинутая; через ручей, в соответствии с принятой терминологией Щ это балка на двух опорах, роль которых выполняют бе­рега ручья. Расстояние между опорами принято назы­вать пролетом балки.

Для прыжков в воду спортсмены используют доску, один конец которой свободно висит над водой. Это кон сольная балка. Принципиальное отличие между доской через ручей и консольной балкой как элементами сило­вых конструкций не только в количестве опор. Балка на двух опорах может иметь множество способов закреп­ления концов. Опорное сечение консольной конструкции должно быть, как говорят инженеры, жестко заделано, иначе она будет поворачиваться, уподобляясь механизму.

Балки человек применял с незапамятных времен. Оче­видно, первым инженерным сооружением, позволившим преодолеть естественное препятствие, явилось дерево, перекинутое через овраг. Вместе с первыми осмыслен­ными шагами человек научился использовать обыкновенную палку для многократного увеличения своей мускуль­ной силы, используя ее в качестве рычага.

Рычаги бывают разные. Рычаг первого рода можно рассматривать как две разной длины консоли, посколь­ку под грузом его сечение находится в тех же условиях, что и сечение консольной балки в месте крепления. Ры­чаг второго рода — это не что иное, как двухопорная балка.

Поведение балок при из­гибе намного сложнее, чем стержней при растяжении. Предварительную информа­цию об особенностях изгиба можно получить из общих наблюдений и возникающих на их основе логических построений. Поскольку ось балки при изгибе искривля­ется, то следует предполо­жить, что ее продольные волокна находятся не в оди­наковых условиях. Однако механизм изгиба может быть исследован только на основе глубокого изучения поведе­ния модели. Это очень распространенный прием, к нему прибегают всегда, когда явление не удается достаточно хорошо познать «лобовой атакой». Кроме того, схемати­зация сложного явления позволяет наглядно представить картину происходящих процессов.

Около места крепления разрежем балку на две части и тут же соеди­ним их так, чтобы сохранялись условия ее работы как непрерывной конструкции. Модель имитирует любое по­перечное сечение балки. В представленном механизме сплошность материала в поперечном направлении гаран­тирована введением шарнира посередине высоты балки, а способность продольных волокон сопротивляться ра­стяжению-сжатию — пружинами.

На боковой поверхности балки нанесем несколько (1, 2, 3) поперечных рисок, обозначающих соответствую­щие сечения. Роль их в эксперименте будет ясна из дальнейшего. Изгибающий момент в любом сечении бал­ки определяется по правилу рычага как произведение силы на соответствующее плечо, на которое она действу­ет. В нашем примере плечом балки являются расстояния от точки приложения силы до сечений соответственно а1, а2, а3. В справедливости такой процедуры можно лег­ко убедиться на основании простых рассуждений. Мыс­ленно (это общераспространенный прием) приложим в сечении, где расположен шарнир, две равные по величи­не и противоположные по направлению силы Q. Посколь­ку силы, как равные по величине и противоположно на­правленные, взаимно друг друга компенсируют, то ни на равновесии, ни на нагружении балки эта процедура не отразится. Но в то же время такой подход дает права говорить об изгибающем моменте в этом сечении, который создается парой сил, действующих в разные сторо­ны, и поперечной силе Q.