理论力学作业 1 静力学公理与物体的受力分析
理论力学01静力学基本公理和物体的受力分析
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5、受力图上只画外力，不画内力。 一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有 可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分 内力，就成为新研究对象的外力。
6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相 互协调，不能相互矛盾。 对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局 部或单个物体的受力图上要与之保持一致。
-9 -12
前 tera giga mega kilo hecto deca dec centi milli micro nano pico
缀
i
名 太拉 吉 兆 称
千百
十
厘毫微
纳 微微
分
毫微
SI
中
的T G M
符
号
Kh
da d c m μ
np
8
§1-2 静力学基本公理
公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的 实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
公理1 二力平衡公理
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， 作用于同一个物体上。
9
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。 二力杆
1
引言
静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。
2
3
第一章 静力学公理与物体的受力分析
§1–1 基本概念 §1–2 静力学公理 §1–3 约束与约束反力 §1–4 物体的受力分析与受力图
第一章 静力学公理与物体的受力分析
第一章静力学公理与物体的受力分析第一篇静力学静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的一门科学。
静力学中所指的物体都是刚体。
所谓刚体是指物体在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变，这是一种理想化的力学模型。
“平衡〞是指物体相对于惯性参考系〔如地面〕保持静止或作匀速直线运动的状态，是物体运动的一种特殊形式。
静力学主要研究以下三个问题： 1．物体的受力分析分析物体共受几个力作用，每个力的作用位置及其方向。
2．力系的简化所谓力系是指作用在物体上的一群力。
如果作用在物体上两个力系的作用效果是相同的，那么这两个力系互称为等效力系。
用一个简单力系等效地替换一个复杂力系的过程称为力系的简化。
力系简化的目的是简化物体受力，以便于进一步分析和研究。
3．建立各种力系的平衡条件刚体处于平衡状态时，作用于刚体上的力系应该满足的条件，称为力系的平衡条件。
满足平衡条件的力系称为平衡力系。
力系平衡条件在工程中有着特别重要的意义，是设计结构、构件和零件的静力学根底。
第一章静力学公理与物体受力分析§1.1力的概念与分类力是人们从长期生产实践中经抽象而得到的一个科学概念。
例如，当人们用手推、举、抓、掷物体时，由于肌肉伸缩逐渐产生了对力的感性认识。
随着生产的开展，人们逐渐认识到，物体运动状态及形状的改变，都是由于其它物体对其施加作用的结果。
这样，由感性到理性建立了力的概念：力是物体间相互的机械作用，其作用结果是使物体运动状态或形状发生改变。
实践说明力的效应有两种，一种是使物体运动状态发生改变，称为力对物体的外效应；另一种是使物体形状发生改变，称为力对物体的内效应。
在静力学局部将物体视为刚体，只考虑力的外效应；而在材料力学局部那么将物体视为变形体，必须考虑力的内效应。
力是物体之间的相互作用，力不能脱离物体而独立存在。
在分析物体受力时，必须注意物体间的相互作用关系，分清施力体与受力体。
否那么，就不能正确地分析物体的受力情况。
理论力学作业
模块1 静力学公理和物体的受力分析一、补充题按照规范的方法(指数或字母前缀)表达下列数据 08N 应为： 或350708kN=( )N86Mg=( )kg2017.3=28=如果已知矢量 A=8i +2j – 4k,和B = -2j + 求: 1、A +B2、A -B3. A,B 的模及单位矢量4. A •B5. A ⨯B二、受力图1-1 画出各物体的受力图。
下列各图中所有接触均处于光滑面，各物体的自重除图中已标出的外，其余均略去不计。
1-2 画出下列各物体系中各指定研究对象的受力图。
接触面为光滑，各物自重除图中已画出的外均不计。
q) )A BBCA(c )P 2A(a )CDABCFAD(b )(销钉)B CABBC模块2 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处受三力作用，如图所示。
F1=100N，沿铅直方向；F2=50N，沿水平方向，并通过点A；F3=50N，力的作用线也通过点A，尺寸如图。
求此力系的合力。
2-2 图示结构中各杆的重量不计，AB 和CD 两杆铅垂，力F 1和F 2的作用线水平。
已知 F 1=2kN ，F 2=l kN ，CE 杆与水平线的夹角为300，求体系平衡时杆件CE 所受的力。
2-3 在水平梁上作用着两个力偶，其中一个力偶矩M 1=，另一个力偶矩M 2=，已知AB =3.5m ，求A 、B 两支座处的约束反力。
FM 1M 22-4压榨机构如图所示，杆AB、BC的自重不计，A、B、C处均为铰链连接。
油泵压力F=3kN，方向水平，h=20mm，l=150mm，试求滑块C施于工件的压力。
模块3 平面任意力系与摩擦3-1露天厂房立柱的底部是杯形基础，立柱底部用混凝土砂浆与杯形基础固连在一起，已知吊车梁传来的铅直载荷F=60kN，风荷q=2kN/m，又立柱自身重P=40kN，a=0.5m，h=10m，试求立柱底部的约束反力。
3-2 试求下列各梁的支座反力3-3 悬臂式吊车的结构简图如图所示，由DE 、AC 二杆组成，A 、B 、C 为铰链连接。
1静力学公理.受力分析
伽利略对自由落体和物体在斜面上的运动 进行多次实验 “加速度”
理论力学的研究方法
2. 在对事物观察和实验的基础上，经过抽象化
建立力学模型，形成概念，
在基本规律的基础上，经过逻辑推理和数学演绎，
建立理论体系。
忽略微小变形
刚体模型
理想约束模型
抓住物体间机械运动的
相互限制的主要方面
理论力学的研究方法
3. 将理论力学的理论用于实践，在解释世界、 改造世界中得到验证和发展。
约束和约束反力
1.具有光滑接触表面的约束 约束反力作用在接触点， 方向沿接触表面的公法线，并指向受力物体。 这种约束反力称为法向反力。表示为 FN
C
FNA
A B
FNC
FN
FNB
光滑接触面约束
约束反力——法向反力，压力 FN
FN
滑槽与销钉
光滑接触面约束
FN
齿轮啮合力
2.柔索约束
绳索、链条或胶带等
例1-1：用力F 拉动碾子，遇到障碍A。
作碾子的受力图。
F FAPBFPNAF
NB
物体的受力分析和受力图
例1-2：屋架如图所示。已知自重P，均布风力q
作屋架的受力图。
P
F
Ay
F
B
F
Ax
P
例1-3 画出下列各研究对像的受力图： （1）CD杆；（2）横梁AB（包括电动机）
B
F
Ay
A
P1
D
P
2
A
F
D
B
F
二力平衡的必要与充分条件: 二力等值，反向，共线。
B A
F′
无论刚体形状如何，如果只受两个力作用且平衡， 则这两个力必然满足二力平衡条件。
理论力学作业
模块1 静力学公理和物体的受力分析一、补充题1.1 按照规范的方法(指数或字母前缀)表达下列数据 3784590008N 应为： 或0.0000003563m350708kN=( )N86Mg=( )kg2017.3=28=1.2 如果已知矢量 A=8i +2j – 4k,和B =1.5i -2j +0.4k 求: 1、A +B 2、A -B3. A,B 的模及单位矢量4. A∙B5. A⨯B二、受力图1-1 画出各物体的受力图。
下列各图中所有接触均处于光滑面，各物体的自重除图中已标出的外，其余均略去不计。
1-2 画出下列各物体系中各指定研究对象的受力图。
接触面为光滑，各物自重除图中已画出的外均不计。
q(a)ABBCA(c)P 2CDABCFAD(b)(销钉)B CABBC模块2 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处受三力作用，如图所示。
F1=100N，沿铅直方向；F2=50N，沿水平方向，并通过点A；F3=50N，力的作用线也通过点A，尺寸如图。
求此力系的合力。
2-2图示结构中各杆的重量不计，AB和CD两杆铅垂，力F1和F2的作用线水平。
已知F1=2kN，F2=l kN，CE杆与水平线的夹角为300，求体系平衡时杆件CE所受的力。
2-3在水平梁上作用着两个力偶，其中一个力偶矩M1=60kN.m，另一个力偶矩M2=40kN.m，已知AB=3.5m，求A、B两支座处的约束反力。
MM2-4压榨机构如图所示，杆AB、BC的自重不计，A、B、C处均为铰链连接。
油泵压力F=3kN，方向水平，h=20mm，l=150mm，试求滑块C施于工件的压力。
模块3 平面任意力系与摩擦3-1露天厂房立柱的底部是杯形基础，立柱底部用混凝土砂浆与杯形基础固连在一起，已知吊车梁传来的铅直载荷F=60kN，风荷q=2kN/m，又立柱自身重P=40kN，a=0.5m，h=10m，试求立柱底部的约束反力。
3-2 试求下列各梁的支座反力qaBD(b)3-3悬臂式吊车的结构简图如图所示，由DE、AC二杆组成，A、B、C为铰链连接。
理论力学练习册及答案(南华版)
动系固连摇杆CB上，定系固连机架。
由速度合成定理 作速度平行四边形。
B点速度为：
由加速度合成定理 作加速度图。
取 方向投影，得：
B点加速度为：
7-4.半径为R的半圆形凸轮以匀速V0沿水平线向右平动，带动顶杆AB沿铅直方向运动，当OA与铅直线夹角为300时，求此时杆AB的速度和加速度。
解：动点取杆OA上A点，动系固连杆O1C上，定系固连机架。
由速度合成定理 作速度平行四边形。
由加速度合成定理 作加速度图。
取 方向投影，得：
再取动点杆O1C上C点，动系固连套筒B上，定系固连机架。
由速度合成定理 作速度平行四边形。
由加速度合成定理:
作加速度图。
取 方向投影，得：
取 方向投影，得：
第八章 刚体平面运动
分别取节点A、B为研究对象，受力如图
对于节点A： ，
(压)
对于节点B： , (压)
2-11.计算桁架中1、2、3杆的受力。
解：取I-I剖面右边部分为研究对象，受力如图。
,
(拉)
,
(压)
研究节点B: ，
(压)
第三章 空间力系
3-1.图示正立方体，各边长为a，四个力F1、F2、F3、F4大小皆等于F，如图所示，作用的相应的边上。求此力系简化的最终结果，并在图中画出。
8-7.四杆机构中，曲柄OA以匀角速度ω0=25 rad/s绕O轴转动，OA=50 cm，AB=100 cm，O1B= cm。求∠OAB=900时，B点的加速度，摇臂O1B的角速度和角加速度。
8-8.图示机构中，设当OA与水平线成450角的瞬时，曲柄OA有反时针方向的匀角速度ω＝25 rad/s，连杆AB水平，扇形板BD铅垂。求扇形板绕定轴D转动的角加速度ε。
理论力学作业本
第一章 静力学公理和物体的受力分析一、选择题（请将答案的序号填入划线内。
）1、若作用在Ａ点的两个大小不等的力1F 和2F ，沿同一直线但方向相反。
则其合力可以表示为 。
①1F －2F；②2F －1F； ③1F＋2F 。
2、三力平衡汇交定理是 。
①共面不平行的三个力互相平衡必汇交于一点； ②共面三力若平衡，必汇交于一点；③三力汇交于一点，则这三个力必互相平衡。
3、在下述原理、法则、定理中，只适用于刚体的有 。
①二力平衡原理； ②力的平行四边形法则； ③加减平衡力系原理； ④力的可传性原理； ⑤作用与反作用定理。
4、图示系统只受F作用而平衡。
欲使Ａ支座约束力的作用线与ＡＢ成30°角，则斜面的倾角应为 。
①0° ②30° ③45° ④60°二、填空题（请将简要答案填入划线内。
）1、作用在刚体上的两个力等效的条件是。
2、在平面约束中，由约束本身的性质就可以确定约束力方位的约束有 ，可以确定约束力方向的约束有 ，方向不能确定的约束有 （各写出两种约束）。
三、作图题1、画出下列各图中Ａ、Ｂ两处反力的方向（包括方位和指向）。
2、图示系统受力F作用而平衡。
若不计各物体重量，试分别画出杆ＡＣ、ＣＢ和圆Ｃ的示力图，并说明Ｃ处约束力间的关系。
3、画出下列各图构件AB，CD的受力图。
未画出重力的各物体自重不计，所有接触处均为光滑接触。
4、画出下列每个标注字符的物体（不含销钉与支座）的受力图与系统整体受力图。
未画出重力的各物体自重不计，所有接触处均为光滑接触。
5、画出下列每个标注字符的物体（不含销钉与支座）的受力图与系统整体受力图。
未画出重力的各物体自重不计，所有接触处均为光滑接触。
第二章平面汇交力系和平面力偶系一、选择题（请将答案的序号填入划线内。
）1、已知1F、2F、3F、4F为作用于刚体上的平面共点力系，其力矢关系如图所示为平行四边形，由此可知。
①力系可合成为一个力偶；②力系可合成为一个力；③力系简化为一个力和一个力偶；④力系的合力为零，力系平衡。
理论力学作业答案
解：力系对O点的主矩在轴上的投影为
M Ox M x F F2 cos a .100 F3 sin .300 51.8 N .m M Oy M y F F1 .200 F2 sin a .100 36.64 N .m M Oz M z F F2 cos a .200 F3 cos .300 103.6 N .m
FCy
P1
FDx
解得： FCy 4550 N
P
3、研究杆ABC
FCy
C
M F F
y
C
0
M A 6FAx 3FBx 0 0
B
FCx
FBy
FAy FBy FCy P3 0
x
0
FBx
FAx FBx FCx 0
MA P3 FAy
A
解得： FBx 22800, FBy 17850
M M FAx tan , FAy , M A M a a
3-9(b)
已知：q, M, a,. 不计梁自重，求支座A、B、C约束反力。 FNC FBy FBx
解：BC段梁受力分析如图，平面任意力系平衡方程为
F F
解得：
FNC
x y
0 FBx FNC sin 0 0 FBy qa FNC cos 0
解得： FAx 0, FAy 1 F M , FNB 1 3F M 2 a 2 a
3-5(b)
已知：F, M, q, a, 求支座A、B约束反力。
q
M
解：梁受力分析如 图，平面任意力系 平衡方程为
FAx
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1-1 画出下列各图中物体 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。
【注意事项】：上面的画法利用的三力平衡汇交定理，B 处的受力也可以画成Ax F +Ay F 的形式。
【注意事项】：
（1）二力构件的受力特点：杆DC为二力构件，
其受力沿杆两端点D、C的连线，与构件形状无关。
（2）也可以利用的三力平衡汇交定理进行受力分
析，如右图。
1-2 画出下列每个标注字符的物体（不包括销钉与支座）的受力图。
题图中未画重力的各物体的自重不计，所有接触处均为光滑接触。
提示：
本题也可按图上虚线画成三力平衡汇交 的形式。
1-3 画出下列每个标注字符的物体的受力图。
题图中未画重力的各物体的自重不计，所有接触处均为光滑接触。
注意：
（1） ADE 杆含销钉E 和不含销钉E ，其在E 处的受力是不同的。
想想为什么？ （2） 销钉E 的受力图应该如何画？
提示：销钉E 受三部分力的作用： 其一，柔索CH 给之的力； 其二，盘E 给之的力； 其三，杆ADE 给之的力。
与上面的图解相对应，其受力如右图所示。