哈工大理论力学1
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哈工大理论力学第七版第一章
（2）光滑圆柱铰链
约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组 成，如剪刀．
光滑圆柱铰链约束
约束力：
光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可 用两个正交分力表示．
其中有作用反作用关系 F C x F C x ,F C y F C y
一般不必分析销钉受力，当要分 析时，必须把销钉单独取出．
亦可用力三角形求得合力矢
公理2 二力平衡条件 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件 是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。
使刚体平衡的充分必要条件
F1F2
最简单力系的平衡条件
公理3 加减平衡力系原理
在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚 体的作用。
(2) 球铰链
约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意 转动，但构件与球心不能有任何移动．
约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题．约束 力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用 三个正交分力表示．
（3）止推轴承
约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴
向的位移限制．
山西应县木塔
1056 年 建 成 ， 采 用 筒 体结构和各种斗拱， 900多年来经受过多次 地震的考验。
桥 梁 的 共 振 破 坏
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塔科马（Tacoma）桥风振致毁
1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重 的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进 行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁 高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但 由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入 ，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速 (19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据 说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内 。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。该桥破坏时，当地 Tacoma报社的编辑Leonard Costsworth恰好路过，并用摄影机记录 下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。当 地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、 一辆汽车、一条狗”。10年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍 采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m ，于1950年10月14日建成通车。
理论力学第一章ppt(哈工大版).
[例] 吊灯
公理
约束反力
受力分析
9
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚 体，其平衡状态保持不变。
变形体（受拉力平衡）
A
刚化为刚体（仍平衡）
B
刚体（受压平衡）
B
变形体（受压不能平衡）
A
刚体的平衡条件对于变形体来说只是必要而不是充分条件。
公理
约束反力
受力分析
10 10
§1-2 约束和约束力
矢来表示。
力三角形法
F2
FR
F1
FR
F2
F2
FR
A
F1
A
F1
A
公理
约束反力
受力分析
FR = F1 + F2
3
公理2 二力平衡条件
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = –F2 作用线共线
等大，反向，共线
注意点
对于多刚体不成立
4
公理
约束反力
受力分析
说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的
②对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)
③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。
F1
公理
约束反力
受力分析
二力杆
注：二力体自重不计
二力构件
5
F2
公理3 加减平衡力系原理
作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成 平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。
说明：三力平衡必汇交 当三力平行时，在无限 远处汇交，它是一种特 殊情况。
46
画受力图应注意的问题
公理
约束反力
受力分析
9
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚 体，其平衡状态保持不变。
变形体（受拉力平衡）
A
刚化为刚体（仍平衡）
B
刚体（受压平衡）
B
变形体（受压不能平衡）
A
刚体的平衡条件对于变形体来说只是必要而不是充分条件。
公理
约束反力
受力分析
10 10
§1-2 约束和约束力
矢来表示。
力三角形法
F2
FR
F1
FR
F2
F2
FR
A
F1
A
F1
A
公理
约束反力
受力分析
FR = F1 + F2
3
公理2 二力平衡条件
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = –F2 作用线共线
等大，反向，共线
注意点
对于多刚体不成立
4
公理
约束反力
受力分析
说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的
②对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)
③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。
F1
公理
约束反力
受力分析
二力杆
注：二力体自重不计
二力构件
5
F2
公理3 加减平衡力系原理
作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成 平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。
说明：三力平衡必汇交 当三力平行时，在无限 远处汇交，它是一种特 殊情况。
46
画受力图应注意的问题
理论力学[1](第七版)课后题答案哈工大.高等教育出版社
课后题答案哈工大.高等教育出版社](https://img.taocdn.com/s3/m/4468d4b7c77da26925c5b0bd.png)
如图 2-4a 所示。 火箭的推力 2-4 火箭沿与水平面成 β = 25° 角的方向作匀速直线运动，
F1=100 kN，与运动方向成 θ = 5° 角。如火箭重 P=200 kN，求空气动力 F2 和它与飞行方向 的交角 γ 。
y
F2
ϕ
γ β
F1
(a) 图 2-4
θ
x
P
(b)
解
坐标及受力如图 2-4b 所示，由平衡理论得
∠( FR , F1 ) = arccos( F1 + F2 × 4 / 5 ) FR 100 N + 50 N × 4 / 5 = arccos( ) = 29.74 o = 29 o 44′ 161 N
（2）解析法 建立如图 2-1c 所示的直角坐标系 Axy。
∑ Fx = F1 + F2 × 3 / 5 == 50 N + 50 N × 3 / 5 = 80 N ∑ Fy = F1 + F2 × 4 / 5 = 100 N + 50 N × 4 / 5 = 140 N
B ′ FB
D
q
FN 2 FN 3
(n2)
F
B
D
F
FA
A
(o)
B
FC
C
(o1)
F
FE
E
FG
G
FB
A FA
(o2)
B ′ FB
D
D
F
F C C (o3)
图 1-2
FD
′ FD
FE FF E (o4)
8
理论力学（第七版）课后题答案 哈工大.高等教育出版社
第2章 平面汇交力系与平面力偶系
2-1 铆接薄板在孔心 A，B 和 C 处受 3 个力作用，如图 2-1a 所示。 F1 = 100 N ，沿铅 直方向； F3 = 50 N ，沿水平方向，并通过点 A； F2 = 50 N ，力的作用线也通过点 A，尺 寸如图。求此力系的合力。
哈工大理论力学教研室《理论力学Ⅰ》(第7版)章节题库-空间力系(圣才出品)
矩。已知：F＝1kN，a＝18cm，b＝c＝10cm。
图 3-6 解：解法一：利用力对点之矩与力对轴之矩的关系定理来计算。由于 CD 轴和 CE 轴均 过 C 点，因此可以先计算力对 C 点之矩，再将其分别向 CD 轴和 CE 轴投影来求解。
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图 3-2 【答案】C 【解析】先计算 F 在各轴上的投影大小
Fx = −F cos30。cos 60。, Fy = −F cos30。sin 60。, Fz = F sin 30。
再计算对各轴的矩
3．有重力为 W、边长为 a 的均质正方形薄板，与—重力为 0.75W、边长分别为 a 和 2a 的直角均质三角形薄板组成的梯形板，如图 3-3 所示。其重心的坐标（xc，yc）为（ ）。
A． B． C． D．
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【答案】B
图 3-3
二、填空题 1.空间力系若不平衡，其简化的最后结果：或者是一个力，或者是______；或者是 ______。 【答案】一个力偶；一个力螺旋 【解析】空间任意力系简化的最终结果有 4 种情况：合力、合力偶、力螺旋和平衡。当 主矢不为零，主矩为零或主矩不为零但主矢主矩垂直时，最终结果为合力；当主矢主矩均不 为零，主矢与主矩平行或成任意角（不包括垂直角度时），最终结果为力螺旋；当主矢为零 主矩不为零时，最终结果为合力偶；当主矢主矩均为零时，力系平衡。
（1）先将力 F 分解为沿坐标轴的三个分力如图 3-6（b）所示，其中有
代入数据可计算出
（2）计算力对过 C 点的三根正交轴之矩，因为有
(完整版)哈工大版理论力学复习
第一章静力学的基本概念与公理一、重点及难点1.力的概念力是物体间的相互机械作用，其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。
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。
力对物体的作用效果，取决于三个要素：①力的大小：②力的方向；⑧力的作用点。
力是定位矢量。
2．刚体的概念所谓刚体，是指在力的作用下形状和大小都始终保持不变的物体；或者说，刚体内任意两点间的距离保持不变。
刚体是实际物体抽象化的一种力学模型。
3．平衡的概念在静力学中，平衡是指物体相对惯性坐标系（地球）处于静止或作匀速直线运动的状态。
它是机械运动的特殊情况。
4．静力学公理静力学公理概括了力的基本性质，是静力学的理论基础。
公理一（二力平衡原理）：作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等。
方向相反，作用在同一直线上。
公理二（加减平衡力系原理）：可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用效果。
推论（力在刚体广的可传性）：作用在刚体上的力可沿其作用线在刚体内移动，而不改变它对该刚体的作用效果。
公理三（力的平行四边形法则）：作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。
合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。
即合力为原两力的矢量和。
推论（三力平衡汇交定理）：作用于刚体上3个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于—点，则此3个力必在同一平面内，且第3个力的作用线通过汇交点。
公理四（作用和反作用定律）任何两个物体相互作用的力，总是大小相等，方向相反，沿同一直线，并分别作用在这两个物体上。
公理五（刚化原理）：变形体在某一力系作用下处于平衡时，如将此变形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。
应当注意这些公理中有些是对刚体，而有些是对物体而言。
5．约束与约束反力限制物体运动的条件称为约束。
构成约束的物体称为约束体，也称为约束。
理论力学(哈工大)
6
2. 矢量的加减数乘
• 矢量相等：指两个 矢量的大小和方向 完全相同。记为
a=b
• 矢量相加：
c=a+b
遵从平行四边形 法则或三角形法则
7
◆ 矢量相加的多边形法则
AR =∑Ai
A2 A1
A1+ A2
An AR =∑Ai
8
矢量相减归结为加法运算：
-b
b a
c = a – b = a + (–b)
教 材 与 参 考 书
1. 理论力学 （指定教材）罗特军等编， 四川大学出版社 2. 理论力学 （第六版） 哈尔滨工业大学 理论力学教研室编 高等教育出版社（普
通高等教育“十五”国家规划教材）
4. 范钦珊 主编，理论力学， 高等教育出版 社，2000 5. Andrew Pytel，Jaan Kiusalaas， Engineering Mechanics (Second Edition) 清华大学出版社(影印版)，2001
c
A
加减的解析表达式 A±B = (Ax±Bx )ex+ (Ay±By ) ey +( Az±Bz) ez
矢量的加法满足交换律和结合律，即 a+b=b+a a + (b + c) = (a + b) + c
9
矢量的数乘
• 实数λ与矢量a的乘积仍为矢量
b = λa
其中
︱b︱=︱λ︱︱a︱
λ>0 λ<0 b与a同向 b与a方向相反
x z
ez
y
ey
22
• 基矢量的正交性
ez ex
ex·x = ey·y = ez·z = 1 e e e ex·y = ey·z = ez·x = 0 e e e
2. 矢量的加减数乘
• 矢量相等：指两个 矢量的大小和方向 完全相同。记为
a=b
• 矢量相加：
c=a+b
遵从平行四边形 法则或三角形法则
7
◆ 矢量相加的多边形法则
AR =∑Ai
A2 A1
A1+ A2
An AR =∑Ai
8
矢量相减归结为加法运算：
-b
b a
c = a – b = a + (–b)
教 材 与 参 考 书
1. 理论力学 （指定教材）罗特军等编， 四川大学出版社 2. 理论力学 （第六版） 哈尔滨工业大学 理论力学教研室编 高等教育出版社（普
通高等教育“十五”国家规划教材）
4. 范钦珊 主编，理论力学， 高等教育出版 社，2000 5. Andrew Pytel，Jaan Kiusalaas， Engineering Mechanics (Second Edition) 清华大学出版社(影印版)，2001
c
A
加减的解析表达式 A±B = (Ax±Bx )ex+ (Ay±By ) ey +( Az±Bz) ez
矢量的加法满足交换律和结合律，即 a+b=b+a a + (b + c) = (a + b) + c
9
矢量的数乘
• 实数λ与矢量a的乘积仍为矢量
b = λa
其中
︱b︱=︱λ︱︱a︱
λ>0 λ<0 b与a同向 b与a方向相反
x z
ez
y
ey
22
• 基矢量的正交性
ez ex
ex·x = ey·y = ez·z = 1 e e e ex·y = ey·z = ez·x = 0 e e e
理论力学1哈工大版
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我们称动系上的原点Ａ为基点，于是
车轮的平面运动
刚体的平面运动可以分 解为随基点的平移（牵 连运动）和绕基点的转 动（相对运动）。
车轮随基点A的平移
车轮绕基点A'的转动
理论力学
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11
再例如: 平面图形S在t 时间内从位置I运动到位置II
Ⅰ
B
Ⅱ
B
B
j1 j2
A
A
A
①以A为基点: 随基点A平移到A'B''后, 绕基点转j1角到A'B'； ②以B为基点: 随基点B平移到B' A'' 后, 绕基点转j2角到B' A'。
AB
vB
j
AB
vBA l
vA
l sinj
转向如图所示。
vA
A
若以B为基点，分析A点的速度 vA vB vAB
vAB
得到相同的结果。注意公式的
写法和速度矢量图不能画在基点。
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17
解：由速度投影定理得 [vB ]AB [vA ]AB
vA B vA cot j
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2
理论力学
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3
内 内燃机的运动过程 燃 机 的 运 动 过 程
理论力学
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4
例如: 曲柄连杆机构中连杆AB的运动， A点作圆周运动，B点作直线运动，因 此，AB 杆的运动既不是平移也不是定 轴转动，而是平面运动。
理论力学
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三种运动都
例如 车轮的运动
哈工大理论力学教研室《理论力学Ⅰ》(第7版)课后习题(第1~3章)【圣才出品】
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图 2-3 答：支座约束力不相同，如图 2-4 所示。
图 1-4
图 1-5
1-6 将如下问题抽象为力学模型，充分发挥你们的想象、分析和抽象能力，试画出它 们的力学简图及受力图。
（1）用两根细绳将日光灯吊挂在天花板上； （2）水面上的一块浮冰； （3）一本打开的书静止于桌面上； （4）一个人坐在一只足球上。
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答：如图 1-8 所示。
图 1-7
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图 1-8 二、习题 1-1 画出图 1-1 各图中物体 A、ABC 或构件 AB、AC 的受力图。未画重力的各物体 的自重不计，所有接触处均为光滑接触。
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图 1-1 解：各物体的受力图如图 1-2 所示。
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FD
图 1-4 1-3 画出图 1-5 中每个标注字符的物体的受力图，各题的整体受力图。未画重力的物 体的自量均不计，所有接触处均为光滑接触。
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图 2-3 答：支座约束力不相同，如图 2-4 所示。
图 1-4
图 1-5
1-6 将如下问题抽象为力学模型，充分发挥你们的想象、分析和抽象能力，试画出它 们的力学简图及受力图。
（1）用两根细绳将日光灯吊挂在天花板上； （2）水面上的一块浮冰； （3）一本打开的书静止于桌面上； （4）一个人坐在一只足球上。
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答：如图 1-8 所示。
图 1-7
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图 1-8 二、习题 1-1 画出图 1-1 各图中物体 A、ABC 或构件 AB、AC 的受力图。未画重力的各物体 的自重不计，所有接触处均为光滑接触。
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图 1-1 解：各物体的受力图如图 1-2 所示。
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FD
图 1-4 1-3 画出图 1-5 中每个标注字符的物体的受力图，各题的整体受力图。未画重力的物 体的自量均不计，所有接触处均为光滑接触。
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Fgi 0
mo (Fi(e) ) mo (Fgi ) 0
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质点系统动力学方程
F (e) x
Fgx 0
Fy( ) Fgy 0
F (e) z
Fgz 0
mx (Fi(e) ) mx (Fgi ) 0
my (Fi( ) ) my (Fgi ) 0
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第11页/共11页
§ 10-2 质点系的达朗贝尔原理
质点系 m1, m2 , , mn
F1(
e)
,
F1(i
)
,
F (e) 2
,
,
F2(i
)
,
, Fn(e) , Fn(i)
引入第i个质点的惯性力
Fgi miai
F(e) i
F (i) i
Fgi
0
平衡力系
F (e) 1
,
F1(i
)
,
Fg1
,
F2(e
)
,
Fg1 Fg 2 ma0
2. 平衡方程
mC 0
PAB h Fg1 2h Fg2 h SDE hcos45 0
3. 结果
SDE
m 2
3a0
g
第9页/共11页
例10-3 均质三角板BCK质量为m，由两根平行的无重杆AB、 CD支撑。重物H的质量为2m。初始系统静止，θ=90o，求该 瞬时重物H的加速度。
第4页/共11页
例10-1 飞轮质量为m，半径为R，以匀角速度ω转动。设轮
缘较薄，质量均匀分布，轮辐质量不计。若不考虑重力的影 响，求轮缘横截面的张力。
第5页/共11页
解：1.取四分之一轮缘为研究对象
Fgi
mia
n i
2.列平衡方程
Fx 0
m 2R
Fgi cosi FA 0
mi ds Rd
m（z Fi(t)） mz (Fgi ) 0
F (e) x
FRgx
0
F (e) y
FRgy
0
F (e) z
FRgz
0
mx (Fi(e) ) M gx 0
my (Fi( ) ) M gy 0
m（z Fi(e)） M gz 0
Fg1, Fg2, , Fgn
FRg , M go
,
F (i) 2
,
Fg
2
,பைடு நூலகம்
F (e) n
,
F (i) n
,
Fgn
第2页/共11页
力系平衡条件
F(e) i
F(i) i
Fgi 0
mo (Fi(e) ) mo (Fi(i) ) mo (Fgi ) 0
注意内力力系自相平衡
F(i) i
0
mo (Fi(i) ) 0
推得
F(e) i
FA
2
m R 2 cosd
0 2
mR 2 2
FB
mR 2 2
第6页/共11页
§ 10-3 刚体简单运动时惯性力系的简化
1.平移
ai aC
rC
miri M
Fg1, Fg2 , , Fgn FRg
,
FRg Fgi miai MaC
Mgo m0(Fgi ) ri miai ( miri )aC
MrC aC rC (MaC ) rC FRg
OC
M gC 0
第7页/共11页
例10-2 如图：框架底座CE以加速度a0 沿水平面运动。 已知：mABC=2m, mDE=0， CD=CE=BD=h, AB=2h， 不计摩擦。试求杆DE的内力
第8页/共11页
解：
1. 取直角弯杆ABCE为研究对象