第二章 平面汇交力系
第二章--平面汇交力系

B
C
a
A
D
RA
RD
2.画力三角形。因为力系平衡所以力三角形 自行封闭,力的箭头首尾相接。如果不能满足 首尾相接的条件,说明原来假设的力的方向
有误,则应把受力图中力的指向改正过来
[力三角形见图] P
B
C
A
D
RA
RD
2.画力三角形。因为力系平衡所以力三角形 自行封闭,力的箭头首尾相接。如果不能满足 首尾相接的条件,说明原来假设的力的方向 有误,则应把受力图中力的指向改正过来 [力三角形见图]
力的多边形 自行封闭.
必要充分条件
设刚体上作用一平面汇交力系(图)。现按 力的多边形法则合成:
F4
F3
F1 F2
若第一个力的起点与最后一个力的终点恰好 互相连接而构成一个自行封闭的力多边形, 即表示力系的合力 R 等于零,则此力系为 平衡力系.
例 刚体上作用一平面汇交力系,五个力大小
相等,彼此夹72°角
cos RX
R
4170
0.834
5000
Y RX O
Rα
X
RY
RX = ∑FX = - 4170N
RY = ∑FY = - 2750N
R 5000N
由于RX和RX都是负值, 所以合力只应在第三象限 α = 33.5 °
2.2平面汇交力系的平衡条件 及应用
1 平衡的几何条件:
要使平面汇交力 系成为平衡力系,
②求分力在坐标轴上的代数和:
RX = ∑FX RY = ∑FY
③合力的大小和方向用 R, 角度 α, β 表示 Y
RY β R
α
RX
X
Y
RY β R
第二章 平面汇交力系

即
F F
x y
0 0
平衡方程
平衡的解析条件: 力系中所有各力在直角坐标轴上的投影代 数和分别等于零。
9
例:图示重物重为Q=30kN,由绳索AB、AC悬挂,求AB、AC的约束反 力。 B 600 A A Q 解: 1).取研究对象 -------力系的汇交点A 2)作受力图 3).建立坐标系 X 0 300 C
X cos(F , i)
R
FR ( X ) 2 ( Y ) 2
FR
Y cos(F , j )
R
FR
15
4、平面汇交力系的平衡条件 (1)平衡的必要和充分条件:平面汇交力系的合力为零。 即 F F 0
R
(2)平衡的几何条件:平面汇交力系的力多边形自行封闭。 (3)平衡的解析条件:平面汇交力系的各分力在两个坐 标轴上投影的代数和分别等于零,即:
y
.
x
Q
4).列出对应的平衡方程 Y 0
5).解方程
TB sin 600 TC sin 300 0
TB cos60 TC cos30 Q 0
0 0
10
简易压榨机
11
求当等长连杆AB、AC与铅垂线成图示角时,托板给被 压物体的力。
12
列方程求解:
销钉A
X 0, Y 0, S AB sin S AC sin P 0 S AB cos S AC cos 0
S AB S AC
S AB S AC P 2 sin
托板
X Y
0, 0,
N S B sin 0 S B cos R 0 R S B cos P 2tg
02平面汇交力系

y
F
B
FBA
x
FBC
F
B
A
C D
解: 1)首先选取销钉B 为研究对象, 画受力图 建立坐标轴,列平衡方程
Fix 0, Fiy 0,
FBA cos FBC cos 0 FBA sin FBC sin F 0
解得
F
FBC FBA 2sin
30
x
F3
45
F4
2 F4x F4 cos 45 4 2 2.83 kN
2 F4 y F4 sin 45 4 2 2.83 kN
二、平面汇交力系合成的解析法
1. 合力投影定理 力系的合力在任一坐标轴上的投影等于其各分力在同一轴上投 影的代数和,即
FRx Fix
F1
F2
FR
O
F3
O
F2
F3
FR1 FR2
F4
F1
FR
F4
O
任一平面汇交力系均可合成为一个作用线通过汇交点的合力。 合力的大小和方向由各分力矢依次首尾相连构成的开口多边形 的封闭边矢量确定。
对应的矢量关系式为
FR F1 F2
Fn Fi
二、平面汇交力系的平衡条件 平面汇交力系平衡的充要条件为其合力为零。
FRx 129.3 N
FRy 112.3 N
2)确定合力的大小和方向
FR FR2x FR2y 129.32 112.32 N 171.3 N
cos FRx 129.3 0.755
FR 171.3
cos FRy 112.3 0.656
第二章 平面汇交力系

§2-2 平面汇交力系合成的几何法
根据矢量平移不变性原理,平面汇交力系的合力可连 续运用力平行四边形法则或力三角形法则求得。 一、合成方法 依次平移力Fi使其首尾相连,合力R大小和方向就是使 力多边形封闭的边。
F2 F1 用平行四 边形法则 依次合成 F 3 F2 合力与 合成秩 序无关 O F1 R F4
C
B F
D A 45º B F
它处于三个力作用平衡状态。
2.画AB杆受力图。 3.画自行封闭的力三角形。 4.解三角形得:
F C
F C 2 2F 28.3kN
2 2 F A 2 1 F 22.4kN
45º
A
C
FA
B
§2-4 平面汇交力系合成的解析法
一、力在坐标轴上的投影
设α为力F与x轴正向间的夹角且逆时针为正值,顺时 针为负值。 y
【例2-4】长l=3R的等截面均匀直杆AB重W=100N, 放在半径为R的光滑半球槽内,求平衡时杆与水平面 的倾斜角θ以及A、D点的约束反力。 【解】1)选杆为研究对象,它受三个汇交力而平衡, 在三角形AGO中: O
C θ A FD 90º -θ O 2θ θ θ G D θ
B
2)列平衡方程:
F ix F A cos 2 F D cos(90 ) 0 F iy F A sin 2 F D sin(90 ) W 0 W cos 2 75N F D cos 3)求解: F A W tan 43N
合力在任意坐标轴上的投影等于各分力在同一坐标轴 上的投影的代数和。
设
R x F ix R y F iy 三、合成的解析法
R Fi
第2章 平面汇交力系

第二章平面汇交力系一、平面共点力系与平面汇交力系平面共点力系:作用于刚体平面上同一点的若干力,称为平面共点力系。
2F 平面汇交力系概述平面汇交力系:同一刚体平面内,位于不同点平面汇交力系的各力作用线汇交于同一点的力系,称为平面汇交力系。
说明:根据力的可传性,作用于刚体的平面汇交力系一定可以转化成平面共点力系,所以二者的研究方法相同。
以下不再区分,统称为平面汇交力系。
二、工程中的平面汇交力系问题举例工程中的平面汇交力系问题举例::OAAF四、本章的研究内容分别用几何法和解析法研究平面汇交力系的合成与平衡一、平面汇交力系的合成—力的多边形法则§2-1几何法几何法((矢量法矢量法))1)三个共点力的合成设为作用在A 点的力系},,{321F F F A1F 2F 3F RF R12F 1F 2F 3F 312R R 2112R F F F F F F +=+=321R F F F F ++=1RF 2F 3F 2)多个共点力的合成},,{21n F F F ⋯设为作用在A 点的汇交力系则该力系的合力为},,{}{21R n F F F F ⋯=∑=+++=in F F F F F ⋯21R123力多边形合力:如果一个力和一个力系等效,则此力称为该力系的合力。
说明说明::力系的合成与力序无关∑=+++=in F F F F F ⋯21R 矢量方程为:二、平面汇交力系的平衡平衡条件1)从方程上说:2)几何平衡条件:力的多边形自行封闭R =F 123123例2-1压路碾子,自重P=20kN ,半径R =0.6m ,障碍物高h =0.08m 。
碾子中心O 处作用一水平拉力F 。
试求:(1)当水平拉力F =5 kN 时,碾子对地面及障碍物的压力;(2)欲将碾子拉过障碍物,水平拉力至少应为多大;(3)力F 沿什么方向拉动碾子最省力,此时力F 为多大。
解:(1)取碾子为研究对(2)根据力系平衡的几何条件根据力系平衡的几何条件,,作封闭的力多边形作封闭的力多边形。
第二章 平面汇交力系

平面汇交力系的工程实例: 平面汇交力系的工程实例:
平面汇交力系: 平面汇交力系:各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点 的力系。 的力系。 共点力系:如所有的力都作用在同一点,该力系称为共点力 共点力系:如所有的力都作用在同一点, 刚体 系。
汇交力系
等价
共点力系
理由: 理由:力的可传性原理
§2-2 平面汇交力系合成的几何法
∑F = 0
D
F5 FR
F1
F3
F2
F3
平衡几何条件: 力多边形自行封闭 平衡几何条件:
F3 F3
F2 F2
F4
F3
F2
F2 F2 B
C
F4 F F1 4 F4 F4各力的汇交点
F1 A F1 F1
§2-4
y
平面汇交力系合成的解析法
一、力在坐标轴上的投影
B
Fx = F ⋅ cosα
投影: 投影:
A
力的投影和力的分量是两个不同的概念。 力的投影和力的分量是两个不同的概念。 是两个不同的概念
投影是代数量
而分力是矢量
投影无所谓作用点 分力作用点必须作用 在原力的作用点上 另外:仅在直角坐标系中, 另外:仅在直角坐标系中, 力在坐标上的 投影的绝对值和力沿该轴的分量的大小相等。 投影的绝对值和力沿该轴的分量的大小相等。
力多边形的封闭边
各力的汇交点
合力为力多边形的封闭边
力多边形法则:把各力向量首尾相接后得到开口多边形, 力多边形法则:把各力向量首尾相接后得到开口多边形,然后由 第一个力的起点指向最后一个力的终点所构成的向量即为各力的 合力。这种求合力的方法为力多边形法则 合力。这种求合力的方法为力多边形法则 合成的结果:是一个合力, 合成的结果:是一个合力,其大小和方向由力多边形的封闭边来 表示,其作用线通过各力的汇交点。 表示,其作用线通过各力的汇交点。即合力等于各分力的向量和 或几何和)。 (或几何和)。
工程力学—第二章平面汇交力系

60º 30º 30º
a
a
30º
60º
解: (1) 取梁AB 作为研究对象。 (2) 画出受力图。 (3) 应用平衡条件画出P、NA 和NB 的闭合力三角形。 (4) 解出:NA=Pcos30=17.3kN,NB=Psin30=10kN
(a)
(b)
平面汇交力系合成的几何法与平衡的几何条件
平面汇交力系合成的几何法与平衡的几何条件 平面汇交力系是指作用于物体上的各力的作用线位于
同一平面内且汇交于一点的力系。 汇交力系也称为共点力系 据力的可传性原理,将作用于 刚体上的各汇交力沿其作用线移至 汇交点,即可形成平面共点力系, 并不影响其对刚体的作用效果。
平面汇交力系合成的几何法与平衡的几何条件 平面汇交力系
A F4
FR1 F R2
F1 F3
F1
两个共点力的合成—力的平行四边形法则(三角形法则)
任意个共点力的合成—力的多边形法则,多边形封闭边即为合力。
平面汇交力系合成的几何法与平衡的几何条件F1 OFra bibliotekF2 F3
F1 O
F2 F3
Fn
FR
Fn
FR
求合力,只需依次平移各力,使其首尾相接,最后画出封闭边即可.
解得
FBA
B
F B FBC
F
FBC FBA
F 2 sin
FBC
M
C
(2)取挡板C为研究对象
Fy 0, FM FCB cos 0
解得
FCB
C
F FM FCB cos cot 2
FNC FM
FCB
平面简单力系
平面汇交力系合成与平衡的解析法
建筑力学 第二章 平面汇交力系

一、平面汇交力系的合成
桁架: 由若干直杆彼此在两端铰接而成的一种结构。
桁架中各杆的铰接点称为节点。
一、平面汇交力系的合成
工程实例:
一、平面汇交力系的合成
一、力在坐标轴上的投影 力 投影
X=Fx=Fcos Y=Fy=Fsin=F cos 投影 力 注:力在坐标 2 2 F Fx Fy 轴上的投影为 代数量,即标 X Fx cos Y F y 量,其值可正、 cos F F F F 可负、可为零。
一、平面交汇力系的合成
步骤):1、据力在刚体上的可传性
原来的平面汇交力系就转 化为平面共点力系;2、据平行四边形法则求合力R。
F1 O
F2
F1 F2 O F3
F3 Fn
合力为各力的矢量和,即
Fn
R Fi
R
一、平面交汇力系的合成
F1
平面汇交 力系的合成:力的多边形法则
F2
A
F3
F3
合力:
FR
夹角:
2 2 FRx FRy 171.3N F arctan Rx 40.99o FRy
§1.2 平面汇交力系的平衡
从前述可知:平面汇交力系平衡的必要与充分条件 是该力系的合力为零。
Rx X 0 Ry Y 0
R 0 Rx Ry 0
45
D
所受的力。
§1.2 平面汇交力系的平衡
例题
解:
取AB为研究对象,其受力图为:
F E FA A
A
C
FC
C
F
45
45
B
B D
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
例题 2
求如图所示平面共点力系的合力。其中:F1 = 200 N,
F2 = 300 N,F3 = 100 N,F4 = 250 N。
解:
F2
y
根据合力投影定理,得合力在轴
x,y上的投影分别为:
Fx F1 cos 30o F2 cos 60o F3 cos 45o F4 cos 45o 129.3 N
15
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例题 3
A
D
60o
解:1.取滑轮B为研究对象(轮的大小不计)
2.画受力图 FT G 20kN
B
3.选取坐标系Bxy
4.列平衡方程
Fx 0, FBA FT sin 60o G sin 30o 0
30o
y
Fy 0, FBC FT cos 60o G cos 30o 0
18
F
A
C
45o
B
D
5
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
例题1
解:
1. 取AB梁为研究对象;
2. 画AB梁的受力图:
E
FA
A
F
45o B
C
FC
F
A
C
45o
B
D
二力杆
6
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
例题 1
图解法
按比例画力F ,作出封闭力三角形。
量取FA , FC 得
FA
d
a
F
45o
b
FC
FA =22.4kN FC =28.3kN
封闭力三角形也 可如下图所示。
a
F
FC
b
FA
d
E
FA
A
F
45o B
C
FC
7
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
几何法解题步骤:1. 取研究对象;2. 画受力图; 3. 作力多边形;4. 选比例尺; 5. 解出未知数。
几何法解题不足: 1. 精度不够,误差大; 2. 作图要求精度高; 3. 不能表达各个量之间的函数关系。
轴上投影的代数和。 10
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法 三、平面汇交力系合成的解析法
合力的大小: F Fx2 Fy2 ( Fx )2 ( FY )2
方向: tan Fy
Fx
tan1 Fy tan1 Fy
Fx
Fx
作用点: 为该力系的汇交点
11
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的解析法
二、合力投影定理
由图可看出,各分力在 x 轴
F4y FFy
F3y
F2y F1y
Fx F4x
F1x
F2x
和在 y 轴投影的和分别为:
Fx F1x F2x F3x F4x Fx
Fy F1 y F2 y F3 y F4 y Fy
Fx Fx
Fy Fy
合力投影定理:合力在任一轴上的投影,等于各分力在同一
二、平面汇交力系平衡的几何条件 平面汇交力系平衡的充要条件是:
F F 0 平面汇交力系平衡的必要与充 分的几何条件是:
力多边形自行封闭
4
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
例题1
支架的横梁AB与斜杆DC彼此
以铰链C连接,并各以铰链A、
D连接于铅直墙上,如图所示。 已知杆AC=CB;杆DC与水平线 成 45o 角 ; 铅 直 载 荷 F=10kN , 作用于B处。设梁和杆的重量忽 略不计,求铰链A的约束力和杆 DC所受的力。
Fx Fx 0 Fy Fy 0
上式为平衡的充要条件,也叫平衡方程。可求解两个 未知量。
14
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例题 3
A
D
60o
B
30o
G C
如图所示,重物G =20 kN,用 钢丝绳挂在支架的滑轮B上,钢丝 绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与 BC铰接,并以铰链A,C与墙连接。 如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩 擦和滑轮的大小,试求平衡时杆AB 和BC所受的力。
F1
60o O
30o
45o
45o
x
Fy F1 cos 60o F2 cos 30o F3 cos 45o F4 cos 45o F3
F4
112.3 N
12
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例题 2
合力的大小:
F Fx2 Fy2 171.3 N
合力与轴x,y夹角的方向余弦为:
cos Fx 0.754
F
cos Fy 0.656
F
所以,合力与轴x,y的夹角分别为:
40.99o
49.01o
F2
yห้องสมุดไป่ตู้
F
F1
60o O
30o
45o
45o
x
F3 F4
13
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
四、平面汇交力系平衡的解析条件
从前述可知:平面汇交力系平衡的必要与充分条件 是该力系的合力为零。
即: F Fx2 Fy2 ( Fx )2 ( Fy )2 0
第二章 平面汇交力系
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法 §2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
1
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
一、合成的几何法 1. 两个共点力的合成
由力的平行四边形法则作,也 可用力的三角形来作。
合力大小: 合力方向:
F F12 F22 2F1F2 cos
F1
F
sin sin( 180 )
R F1 F2
2
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
2. 任意个平面汇交力的合成
结论:F F1 F2 F3 F4 即: F F 为力多边形
即:平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和,合 力的作用线通过各力的汇交点。
3
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
G
C
FBA
B
FT 60o G 30o
5.解方程 FBA 0.366G 7.321 kN(压)
x FBC 1.366G 27.32 kN (压)
FBC
16
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
解题技巧及说明: 1、一般地,对于只受三个力作用的物体,且角度特
殊时用 几 何法(解力三角形)比较简便。
下面我们研究平面汇交力系合成与平衡的另一种方法:
解析法
8
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
一、力在坐标轴上的投影
Fy F sin F cos
Fy F cos F sin
Fy
F Fx2 Fy2
Fx
tan Fy
Fx
cos Fx
F
cos Fy
F
9
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
2、一般对于受多个力作用的物体,且角度不特殊或 特殊,都用解析法。
3、投影轴常选择与未知力垂直,最好使每个方程中 只有一个未知数。
17
§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
4、对力的方向判定不准的,一般用解析法。 5、解析法解题时,力的指向可以任意设,如果求 出负值,说明力的指向与假设相反。对于二力构件, 一般先设为拉力,如果求出负值,说明物体受压力。