第1章 静力学基础

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静力学基础

静力学基础

三、力与力系
力:物体间的相互机械作用,是矢量。
单位:国际:牛顿(N),千牛(kN);
工程:千克力(kgf)。
注意:凡以人名命名的单位符号的第一个字母
要大写,如瓦特(W)、安培(A)、焦尔(J)
力系:同一个物体上作用着
两个及其以上的力,
则这些力组成力系。
F1 F3
F2
四、力的三要素
大小、方向、作用点。
力的基本性质是公理及其推论,它是静 力的作用面积很小,可以看做作用在一点上,称为集中力。
一般地:本课程研究的均为非自由体 在作用于刚体的任一力系中,加上或减去任一平衡力系,并不改变原力系对刚体的运动效应。 (1)拉杆BC受力图见图(b)
力学的理论基础,是解题的依据。 §1-4 受力分析和受力图
一般地:本课程研究的均为非自由体 如放在地板上的讲台,地板给讲台一个支持力。 3、光滑圆柱铰链约束(铰链约束) 反力沿接触点的公法线方向,背离光滑面
注意:不是平衡力系!! 为什么?
由于两个力作用于不同物体上,尽管有
“等值、反向、共线”
§1-3 约束与约束反力
证明:三个不平行的共面力F1、F2、F3分别作用于A1 、 A2 、 A3。
§1-3 约束与约束反力
一、自由体与非自由体 由于两个力作用于不同物体上,尽管有“等值、反向、共线”
B处由作用与反作用公理得R´B,与RB反向、等值。
② 其方向与被约束物体位移方向相反。 其由两带孔的物体用圆柱销钉插入孔中连接而成。 任何物体上都作用着一定的载荷,化工设备、机械是在一定载荷下工作的。
括总结出来,无需证明。 力的多边形法则(封闭边为合力) (多力合成) 。
力的多边形法则(封闭边为合力) (多力合成) 。 若刚体在两个力作用下平衡,充要条件是:两力大小相等,方向相反,并且在同一条直线上,即 (2)先画已知力(主动力)

第一章静力学基本知识

第一章静力学基本知识
链杆约束
4. 链杆约束
约束类型与实例
C A
B B
FB
FA A
二力杆约束
C
FA
A A
B
FB
B
? 受力图正确吗
双铰链刚杆约束
C
D
A
B
三、支座及支座反力 工程中将结构或构件支承在基础或另一静
止构件上的装置称为支座。支座也是约束。支 座对它所支承的构件的约束反力也称支座反力 。 建筑工程中常见的三种支座:固定铰支座 (铰链支座)、可动铰支座和固定端支座。
例1-1 重量为FW的圆球,用绳索挂于光滑墙上, 如图所示。试画出圆球的受力图。
FTA
O
O
FNB
W
W
切记:约束反力一定要与约束的类型相对应
例1-2 梁AB上作用有已知力F,梁的自重不计, A端为固定铰支座,B端为可动铰支座,如图所示 。试画出梁AB的受力图。
F
F
FAx

A
B
FAy
O
FB

F

FA
公理5告诉我们:处于平衡状态的变 形体,可用刚体静力学的平衡理论。
反之不一定成立,因对刚体平衡的充分必 要条件,对变形体是必要的但非充分的。
刚体(受压平衡) )
柔性体(受压不能平衡
课后作业 :
1-1 平衡的概念是什么?试举出一、两个物体 处于平衡状态的例子。 1-2 力的概念是什么?举例说明改变力的三要 素中任一要素都会影响力的作用效果。 1-3 二力平衡公理和作用与反作用公理的区别 是什么?
2、动荷载 是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而迅速变化 ,称为动荷载。如动力机械产生的荷载、地震力等
三、力系的分类

《工程力学》第一章 静力学基础及物体受力分析

《工程力学》第一章 静力学基础及物体受力分析
• 若两物体的接触面光滑,即摩擦对所研究 的问题不起主要作用而可忽略不计时,接 触面可视为“光滑”的。这种光滑接触面 约束不能阻止被约束物体沿接触面切线方 向的运动,而只能限制被约束物体沿接触 面公法线方向的运动。因此,光滑接触面 的约束反力只能是沿公法线而指向被约束 物体。这类约束反力称为法向反力,常用 字母N表示。
• 在工程实际中,为求未知约束反力,需依 据已知力应用平衡条件求解。为此,首先 要确定构件(物体)受有多少力的作用以及 各作用力的作用位置和力的方向。这个确 定分析过程称为物体的受力分析。
• 四、作用与反作用原理
• 任何二物体间相互作用的一对力总是等值、 反向、共线的,并同时分别作用在这两个 物体上。这两个力互为作用力和反作用力。 这就是作用与反作用原理。
• 五、刚化原理 • 当变形体在已知力系作用下处于平衡时,
若把变形后的变形体刚化为刚体,则其 平衡状态保持不变。这个结论称为刚化 原理。
合力,其合力作用点在同一点上,合力的方向 和大小由原两个力为邻边构成的平行四边形的 对角线决定(图1-4)。这个性质称为力的平 行四边形原理。其矢量式为
• 即合力矢R等于二分力F1和F2的矢量和。
图1-4
图1-5
• 推论:作用于刚体上三个相互平衡的力, 若其中二力作用线汇交于一点,则此三力 必在同一平面内,且第三力的作用线必定 通过汇交点。这个推论被称为三力平衡汇 交定理。
• 力对物体作用的效应取决于力的三个要素:力的大小、方向和作 用点。
• 力的作用点是指物体承受力的那个部位。两个物体间相互接触时 总占有一定的面积,力总是分布于物体接触面上各点的。当接触 面面积很小时,可近似将微小面积抽象为一个点,这个点称为力 的作用点,该作用力称为集中力;反之,当接触面积不可忽略时, 力在整个接触面上分布作用,此时的作用力称为分布力。分布力 的大小用单位面积上的力的大小来度量,称为载荷集度,用 q(N/cm2)表示。

工程力学(二)第1章 静力学基础

工程力学(二)第1章 静力学基础
两物体间相互作用的力,总是大小相等, 指向相反,且沿同一直线。
FT' FT P P
‹#› 10
§1-3 约束和约束力
1.3.1 约束的概念 1. 自由体与非自由体 在空间能向一切方向自由运动的物体,称 为自由体。 当物体受到了其他物体的限制,因而不能沿 某些方向运动时,这种物体为非自由体。 2. 约束 限制非自由体运动的物 体是该非自由体的约束。
F
A
P B
‹#› 22
例 题 1-2
解:碾子的受力图为:
F F
A
P P B A FNA B FNB
‹#› 23
例 题 1- 3
在图示的平面系统中,匀
H C
E A K D B
质球 A 重P1,物块B重P2,借其
G
本身重量与滑轮C 和柔绳维持
在仰角是q 的光滑斜面上。试
q
P2
分析物块B ,球A的受力情况,
连 接 , 底 边 AC 固 定 , 而 AB
边的中点D 作用有平行于固
C
F
A
定边AC 的力F,如图所示。
不计各杆自重,试画出杆AB 和BC 的受力图。
‹#› 27
例 题 1-4
B D
解:1. 杆 BC 的受力图。 杆两端B、C为光滑铰链连 接,当杆自重不计时,根据二 力平衡公理知B、C两处的约束 力FB、FC 必是沿BC且等值反 向。
并分别画出平衡时它们的受力 图。
P1
‹#› 24
例 题 1-3
解: 1.物块 B 的受力图。
H
FD E G
C D B P1 P2
D B K
A
q
P2
‹#› 25
例 题 1-3

工程力学第一章静力学基础知识

工程力学第一章静力学基础知识

§1-2 静力学公理
二、二力平衡公理(公理二)
作用于同一刚体
上的两个力,使刚体 平衡的必要且充分条 件是,这两个力的大 小相等,方向相反, 作用在同一条直线上。
二力平衡公理示意图
§1-2 静力学公理
二力平衡条件只适用于刚体。 二力等值、反向、共线是刚体平衡的必要与充分条件。 对于变形体,二力平衡条件只是必要的而非充分条件。
公理一与公理二的区别
§1-2 静力学公理
巧拆锈死螺母
该方法的力学原理是:
根据二力平衡公理,若在 锈死螺母的相对面作用一 对大小相等、方向相反的 平衡力(F,F′),螺栓与 螺母将保持平衡,确保螺 栓不会折断。
螺母受力分析
§1-2 静力学公理
三、加减平衡力系公理(公理三)
在一个刚体上加上或减去一个平衡力系,并 不改变原力系对刚体的作用效果。
作用与反作用力示意图
§1-2 静力学公理
一、作用与反作用公理(公理一)
作用力与反作用力永远是 成对出现 已知作用力就可以知道反 作用力,两者总是同时存在, 又同时消失
作用力与反作用力
作用与反作用力示意图
§1-2 静力学公理
公理一的应用
人在划船离岸时,常把浆向岸上撑。这就 是利用了作用力与反作用力的原理。
§1-1 力与静力学模型
1.对物体的合理抽象与简化—刚体
刚体——在力的作用下形状和大小都保持不 变的物体。
简单地说,刚体就是在讨论问题时可以忽略由于受力而引起的形状和体积改变的理想模型。
§1-1 力与静力学模型
受力的木板可以抽象为刚体吗?
刚体
§1-1 力与静力学模型
2.对受力的合理抽象与简化——集中力与分布力
§1-3 约束与约束反力

工程力学(静力学与材料力学)-1-静力学基础

工程力学(静力学与材料力学)-1-静力学基础

力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
工程中的
力偶实例
F1
F2
1. 力偶的定义
两个力大小相等、方向相反、作用线互相平行、
但不在同一直线上,这两个力组成的力系称为力
偶(couple)。
(F,F)
力偶臂
dF F
力偶的作用面
平面力偶及其性质
m
B
F
o
dA
F’
力偶没有合力,不能用一个力来代替,也不能用一个力与之平
力偶及其性质
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系 力偶的性质 力偶系及其合成
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
工程中的力偶实例
钳工用绞杠丝锥攻螺纹时, 两手施于绞杆上的力和,如果 大小相等、方向相反,且作用 线互相平行而不重合时, 便组成一力偶 。
O
d1
d d2
F1
力和力矩
合力之矩定理
FR
n
mOFR=mOFi
i1
F2
例1 已知:如图 F、R、r, a , 求:MA(F)
解:应用合力矩定理
R Fy
F
r
a
a
Fx
M A ( F ) M A ( F x ) M A ( F y )
A
a a
M A ( F ) F x ( R r c) o F y r s sin
解 : 可以直接应用力矩公式计算力F 对O点之矩。但是,在本例的情形 下,不易计算矩心O到力F作用线的 垂直距离h。
如果将力F分解为互相垂直的
两个分力Fl和F2,二者的数值分别

F1=Fcos45

第1章 静力学基础

第1章  静力学基础

第一章静力学基础学习目标:1.理解力、刚体、约束、约束力的概念和静力学公理。

2.掌握物体受力图分析。

静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学,主要解决两类问题:一是将作用在物体上的力系进行简化,即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系,这类问题称为“力系的简化(或力系的合成)问题”;二是建立物体在各种力系作用下的平衡条件,这类问题称为“力系的平衡问题”。

静力学是建筑力学的基础,在土木工程实际中有着广泛的应用。

它所研究的两类问题(力系的简化和力系的平衡),对于研究物体的受力和变形都有十分重要的意义。

力在物体平衡时所表现出来的基本性质,也同样表现于物体在一般运动的情形中。

在静力学中关于力的合成、分解与力系简化的研究结果,可以直接应用于动力学。

本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、建筑工程上常见的典型约束力与约束反力,以及物体的受力分析。

第一节基本概念一、力力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察、分析和总结而逐步形成的。

当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。

这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。

大量事实表明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互作用,离开了物体,力就不可能存在。

力虽然看不见摸不着,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。

实际上,人们正是从力的效应来认识力本身的。

1.力的定义力是物体之间相互的机械作用。

由于力的作用,物体的机械运动状态将发生改变,同时还引起物体产生变形。

前者称为力的运动效应(或外效应);后者称为力的变形效应(或内效应)。

在本课程中,主要讨论力对物体的变形效应。

2.力的三要素实践表明,力对物体作用的效应,决定于力的大小、方向(包括方位和指向)和作用点,这三个因素称为力的三要素。

力的大小表示力对物体作用的强弱。

静力学基础知识

静力学基础知识

力的基本概念和静力学基本公理
第一章 静力学基础知识
二力构件
LIMING UNIVERSITY
只有两个力作用下处 于平衡的物体
不是二力构件
二力杆不一定是直杆
第一章 静力学基础知识
2、加减平衡公理
若在作用于刚体上的已知力系上添加或减去任 何平衡力系,则对刚体的作用效应并不改变。
LIMING UNIVERSITY
第一章 静力学基础知识
二、力系、合力 作用于一个物体上的一群力,称为力系。
LIMING UNIVERSITY
对物体作用效果相同的力系,称为等效力系。
使物体处于平衡的力系,称为平衡力系。
如果一个力和一个力系等效,则该力为此力系 的合力,
而力系中的各个力称为这个力的分力。
第一章 静力学基础知识
F2
LIMING UNIVERSITY
R F1 F2
F1
R F1 F2
F1
F2
1.1
力的基本概念和静力学基本公理
第一章 静力学基础知识
R
F2
R F1 F2
R
2 F1
LIMING UNIVERSITY
F1
R 1 2
F2 2 F1F2 cos
2
F2
F1
F1 F2 R sin 2 sin 1 sin(180 )
第一章 静力学基础知识
推论2:三力平衡汇交定理
刚体只受平面内三力作用而处于平衡状态时,若此三力 不互相平行,则必汇交于一点,(在特殊情况下,力在 LIMING UNIVERSITY 无穷远处汇交——平行力系。)
kg m / s
2
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大小相等,方向相反,且作用于同一直
线上。
第1章
静力学公理
第1章
静力学公理
二力体
只受两个力作用而平衡的物体。
机械和建筑结构中的二力体统称为
“二力构件”。
受力特点:两个力的方向必在二力作用点 的连线上。
第1章
静力学公理
第1章
静力学公理
公理二 加减平衡力系公理
在刚体的原有力系中,加上或
物体的受力分析和受力图 解: 1.杆AB的受力图。
FAB
B
例 题 7
A D
60
A
B
2.杆BC 的受力图。
FBC′
30
FBA′
B G
C
FCB
C
第1章
物体的受力分析和受力图
3. 滑轮B ( 不 带销钉)的受力 图。
例 题 7
FBy
A
60

FT1
D
D
B
FBx
FT2
30
FT1
G
C
4. 滑轮B ( 带 销钉)的受力图。
第1章
静力学的基本概念
1.1.4 平衡的概念 物体相对于地面保持静止或作匀
速直线运动的状态。
第1章
静力学的基本概念
静力学的任务: 研究物体在力系作用下的平衡条件, 并由平衡条件解决工程实际问题。
第1章
1.2 静力学公理 公理一 二力平衡公理
当一个刚体受两个力作用而平衡 时,其充分与必要的条件是:这两个力
第1章
物体的受力分析和受力图
受力图
在简图上除去约束,使研究对象
成为自由体(分离体),在解除约束 处画上约束反力,在分离体上画出全
部主动力和约束反力。
第1章
物体的受力分析和受力图
在图示的平面系统中,匀质 球A 重G1 ,借本身重量和摩擦 不计的理想滑轮C 和柔绳维持在 仰角是 的光滑斜面上,绳的一 端挂着重G2的物块B。试分析物
1. 斜杆 CD 的受力图。
A D B
G1
G2
FD
D
C C
FC
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 4
2. 梁 AB(包括电动机)
A D B
的受力图。
G1
G2
FAy
A C
FAx
G1
D
B
FD
G2
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 5
P
F
C
如图所示的三铰拱
桥,由左右两拱桥铰接 而成。设各拱桥的自重 不计,在拱上作用有载 荷F,试分别画出左拱和
FB
B A D
B B E
F
C
F FAy
A
D
D
F
A
H
FAx
FA
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 3
用力F 拉动碾子以轧平路面,重为G 的碾子受到
一石块的阻碍,如图所示。试画出碾子的受力图。
F
A B
第1章
物体的受力分析和受力图
解:
F
例 题 3
碾子的受力图为:
A
B A
F
G
FNA
B FNB
第1章
约束和约束反力的概念及类型
1.3.1 柔索约束
特点:
(1) 只能限制物体沿柔索伸长方向的运动。
(2) 力的方向总是背离物体。 表示符号:FT
第1章
约束和约束反力的概念及类型
第1章
约束和约束反力的概念及类型
第1章
约束和约束反力的概念及类型
1.3.2 光滑面约束
减去任一平衡力系,不会改变原力 系对刚体的作用效应。
第1章
F" 静力学公理
F'
平衡力
F = F' = F"
第1章
静力学公理
重要推论:
力的可传性原理
作用于刚体上的力可以沿其作 用线移至刚体内任一点,而不改变
原力对刚体的作用效应。
第1章
静力学公理
公理三 力的平行四边形法则
作用于物体同一点的两个力可以

Fr
Ft = Fn cos
Fr = Fn sin
第1章
静力学公理
重要推论:
三力平衡汇交定理
F1
如果刚体受同一
A
R
平面的三个互不平行
F2
c
F3
O
B
的力作用而平衡,则此
三个力的作用线必汇
交于一点.
第1章
静力学公理
公理四 作用与反作用定律
两个物体间相互作用的一对力,总
是大小相等,方向相反且共线,分别作 用于这两个物体。
D
例 题 2
B B
E
F
A C
如图所示。不计各杆自重,试画
出杆AB 和BC 的受力图。
第1章
物体的受力分析和受力图
解:
1. 杆 BC 的受力图。
FB
B D B B
例 题 2
E
F
A C C
FC
第1章
物体的受力分析和受力图
解: 2. 杆 AB 的受力图。
表示法一
FB
B
例 题 2
表示法二
F
H A
FAy
F
E C H
A
FAx
D
B
FB
D
B
FD′
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 6
F
H
A
2.梯子 AC 部分的受力图。
FAx′
A
D
B
E C
FAy′
FE′
E
FC
C
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 6
3.梯子整体的受力图。
F
H H A
F
A
D
B
E
FB
C B D E
FC
C
第1章
A
B
右拱的受力图。
第1章
物体的受力分析和受力图 解:
F
P C
例 题 5
1. 右拱 BC 的受力图。
FC
A
B
C
B
FB
第1章
物体的受力分析和受力图
F
例 题 5
2. 左拱 AC 的受力图。
表示法一
F
C D
F
C
FAx
FC
A
FC
A
FAy
FA
表示法二
第1章
物体的受力分析和受力图
第1章
静力学的基本概念
合力
与一个力系等效的力。
分力
一个力系中的每一个力。
第1章
静力学的基本概念
1.1.3 刚体的概念
在受力状态下保持其几何形状和尺
寸不变的物体称为刚体。
刚体 → 理想的力学模型
第1章
静力学的基本概念
刚化原理(1)
第1章
静力学的基本概念
刚化原理(2)
※ 空间约束
第1章
思 考

1-1 回答下列问题: (1)作用力与反作用力是一对平衡力吗? (2)二力平衡条件、加减平衡力系原理能否用 于变形体?为什么?
(3)只受两个力作用的构件称为二力构件,这
种说法对吗?
(4)确定约束反力方向的基本原则是什么?
(5)等式F=F1+F2与F=F1+F2的区别何在 ?
合成为一个合力,合力也作用于该点,
其大小和方向由以这两个力为边所构成
的平行四边行的对角线所确定,即合力
矢等于这两个分力矢的矢量合。
第1章
静力学公理
FR
力的平行四边形法
FR F2
O
(a)
F1
力三角形
F1
F2
矢量表达式 F1+F2=F R
O
FR
(b)
力的合成
第1章
静力学公理
力的分解
Ft
A
F E
例 题 1
H C
G
D B
块B ,球A和滑轮C的受力情况,
并分别画出平衡时各物体的受

G2
G1
力图。
第1章
物体的受力分析和受力图
解:
1.物块 B 的受力图
例 题 1
H C
G
FTD
D
E
A B G1
F
D B

G2
G2
第1章
物体的受力分析和受力图
例 题 1
2. 球 A 的受力图。
第1章
(6)图a中所示三铰拱架上的作用力F,可否依 据力的可传性原理把它移到D点?为什么?
第1章
(7)图b、c中所画出的两个力三角形各表示什 么意思?二者有什么区别?
第1章
1.4 物体的受力分析和受力图
受力分析
研究物体上所受的力,包括力
的数量(所有的主动力、约束反
力)、方向、及力的作用点。
力、力系、刚体和平衡的概念 静力学的四个基本公理
约束的概念和常见约束类型 具备对物体进行受力分析的能力
第1章
1.1 静力学的基本概念
1.1.1 力的概念 (1)力的定义
力是物体之间相互的机械作用。
第1章
静力学的基本概念
改变物体的运动状态→外效应 作用的结果 使物体变形→内效应 (2)力的三要素
机械设计基础
第一篇
第二篇 第三篇
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