第二章平面力系
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第二章--平面汇交力系
2a P
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
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2章平面汇交力系与第3章平面力偶系
F
x
0
F
y
0
FA F sin 45 sin( 180 90 1 ) 10 FA F 7.9 N 4
FA
F
1
FN B FA
FNB
2-10
解2: 解析法 研究AB杆，画受力图
F F
X
0 FA cos 1 F cos 0 0 FA sin 1 FN B F sin 0
d
d
m1 F1d1;
m2 F2 d 2
又m1 P 1d
m2 P2d
' RA P P 1 2 ' RB P 1 P 2
合力矩 M RA d ( P1 P2' )d P1d P2' d m1 m2
2-23
m 即合力偶矩等于各个力偶矩的代数和。 2. 平衡： m m 0
方向：以逆时针为正，顺时针为负。
若用矢量表示： m BA F
2-18
注：力偶无合力，即不能与某力作等效变换，其是一个 基本的力素。 证明： FR=F-F'=0
由合力距定理，可知
M
C
0, F 'CB F CA 0 CB F 1 CA F '
FR
若CB CB d成立, 必有CB
A
1
Y
O
10 FA F 7.9 N 4
F
C
45°
B
FA
FNB
2-11
§2-3 力矩、力偶的概念及其性质
力对物体可以产生 移动效应--取决于力的大小、方向 转动效应--取决于力矩的大小、方向 一、力对点的矩
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
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
工程力学习题册第二章 - 答案
第二章平面基本力系答案一、填空题(将正确答案填写在横线上)1.平面力系分为平面汇交力系、平面平行力系和平面一般力系。
2.共线力系是平面汇交力系的特例。
3.作用于物体上的各力作用线都在同一平面内 ,而且都汇交于一点的力系,称为平面汇交力系。
4.若力FR对某刚体的作用效果与一个力系的对该刚体的作用效果相同,则称FR为该力系的合力,力系中的每个力都是FR的分力。
5.在力的投影中,若力平行于x轴,则F X＝ F或-F ;若力平行于Y轴,则Fy＝F或-F :若力垂直于x轴,则Fx=0;若力垂直于Y轴,则Fy＝ 0 。
6.合力在任意坐标轴上的投影，等于各分力在同一轴上投影的代数和。
7.平面汇交力系平衡的解析条件为：力系中所有力在任意两坐标轴上投影的代数和均为零。
其表达式为∑Fx＝0 和∑Fy＝0 ，此表达式有称为平面汇交力系的平均方程。
8.利用平面汇交力系平衡方程式解题的步骤是：（1）选定研究对象，并画出受力图。
（2）选定适当的坐标轴，画在受力图上；并作出各个力的投影。
（3）列平衡方程，求解未知量。
9.平面汇交力系的两个平衡方程式可解两个未知量。
若求得未知力为负值，表示该力的实际指向与受力图所示方向相反。
10.在符合三力平衡条件的平衡刚体上，三力一定构成平面汇交力系。
11.用力拧紧螺丝母，其拎紧的程度不仅与力的大小有关，而且与螺丝母中心到力的作用线的距离有关。
12.力矩的大小等于力和力臂的乘积，通常规定力使物体绕矩心逆时针转动时力矩为正，反之为负。
力矩以符号Mo(F) 表示，O点称为距心，力矩的单位是N.M 。
13.由合力矩定力可知，平面汇交力系的合力对平面内任一点的力矩，等于力系中的各分力对于同一点力矩的代数和。
14.绕定点转动物体的平衡条件是：各力对转动中心O点的矩的代数和等于零。
用公式表示为∑Mo(Fi) ＝0 。
15.大小相等、方向相反、作用线平行的二力组成的力系，称为力偶。
力偶中二力之间的距离称为力偶臂。
理论力学 第二章
扭矩扳手
2-3 平面力对点之矩的概念及计算
一、力对点的矩（力矩） 力对点的矩（力矩）
M O ( F ) = ± F ⋅ d ，单位N•m或KN•m 单位N KN•
→
→
① ②
是代数量。 M O ( F ) 是代数量。
M O ( F ) 正负判定： 正负判定：
→
→
M O (F ) (F
+
→ →
-
③ 当F=0或d=0时， O (F ) =0。 =0或 =0时 M =0。 点O为矩心，d为力臂。 为矩心， 为力臂。 角 形面积，或是矢量积的模。 面积，或是矢量积的模。 ④ M O (F ) = ± 2⊿AOB= r × F 2⊿AOB= 力对点0矩的大小等于2 力对点0矩的大小等于2倍三
Fx = X i , F y = Y j
F = X +Y
2 2
→
→ →
→
X cos α = F
Y cos β = F
2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
区分力沿轴的分力和力在两轴上的投影： 区分力沿轴的分力和力在两轴上的投影： 力沿轴的分力和力在两轴上的投影 • 分力是矢量，投影是代 分力是矢量， 数量，二者性质不同。 数量，二者性质不同。 • 在直角坐标系中，投影 在直角坐标系中， 的大小与分力的大小相 但在斜角坐标系中， 同，但在斜角坐标系中， 二者不等。 二者不等。
∑F = 0 ix
− FBA + F cos60 − F2 cos30 = 0 1
o o
∑F =0 iy
FBC − F cos30 − F cos60 = 0 1 2
o o
F = F2 = P 1
解得： FC = 27 32kN 解得： B .
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）。
第二章平面任意力系
M1
= F O
M2
FO1
O1
34
B
30
A O
FAB 30
A
B
FBA
O M2 O1 M1
M1
= F O
M2
FO1
O1
解：分别取杆OA和O1B为研究对象。受力图如图所示。
OA： O1B：
M i FAB OAsin30 M1 0
M i M 2 FBA O1 B 0
箭头表示力偶的转向，M 表示力偶矩的大小。
A
F
F'
M
=
B
24
平面力偶系实例
25
2.4.2 力偶的性质
性质1 力偶既没有合力，也不能用一个力等效替换。
性质2 力偶对其作用面内任意一点的矩恒等于该力偶的力 偶矩，与矩心的位置无关。
o A x
F
C d B
F'
M 0 ( F , F , ) F , ( x d ) Fx M
力对刚体的转动效应----力对点的矩(简称力矩)来度量
如图所示为用扳手松紧螺母的示意图。
力F对于点O的矩用MO(F)表示,即
A F
M O (F ) F d
O
d
B
20
平面力对点之矩
21
点O 称为矩心；d 称为力臂。
正负号表示力矩在其作用面上的转向。一般规定力F
使刚体绕点O 逆时针转动为正，顺时针转动为负。 力F 对点 O 之矩，其值还可以用以力F 为底边，以矩
解：选整体为研究对象，受力分析如图所示。由于CD杆为 二力构件，可以确定作用于C点的力的方向如图所示。 由于 FA 和 FC 两个力和力偶 (F1, F2 ) 相互平衡，可知 FA 和 FC 两个力应构成力偶。列构件AB平衡方程，有
02平面基本力系
建筑力学
第二章 平面基本力系
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
（一）合成 应用力多边形法则，合力即为力多边形的封闭边。 如图所示。 用解析式表达为
FR=F1+F2+F3
F1
O
F1 b F2
a
F2
c
F3
FR
F3
d
建筑力学
第二章 平面基本力系
（二）平衡 平面汇交力系平衡的充要条件是：力多边形自行封 闭，即 或
D
F3
C
F3
o
F2
A
F
B
F1
F2
F1
o
a
b d
c
x
Fx1 = ab, Fx 2 = bc , Fx 3 = cd , Fx = ad
因 ad = ab + bc − cd ,故 同理可得
Fx = Fx1 + Fx 2 + Fx 3
Fy = Fy1 + Fy 2 + Fy 3
建筑力学
第二章 平面基本力系
建筑力学
第二章 平面基本力系
力矩的性质： 力矩的性质：
（1）力对任一已知点之矩，不会因该力沿作用线移动而改变； （2）力的作用线如通过矩心，则力矩为零；反之，如果一个 力其大小不为零，而它对某点之矩为零，则此力的作用线必通 过该点； （3）互成平衡的二力对同一点之矩的代数和为零。
建筑力学
第二章 平面基本力系
FR =0 F1+F2+F3+F4=0
F4 O
F1 F2
a
F1 b
F2
c
F3
F4
F3
d
建筑力学
第二章平面汇交力系
平面汇交力系是工程力学中的一个重要概念，指的是各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点的力系。这种力系的研究方法主要包括几何法和解析法。几何法是通过作图的方式，利用力的平行四边形法则或力的三角形法则，来进行力的合成与分解，从而求解力系中的未知力。而解析法则是通过建立数学模型，运用数学公式来进行计算求解。在平面汇交力系中，一个重要的特性是力系可以合成为一个力，这个是共点力系的平衡条件，即力系中各力的矢量和等于零，这是判断一个力系是否平衡的重要依据。通过掌握平面汇交力系的定义、特性以及研究方法，我们可以更好地理解和分析工程实际中的力学问题，为工程设计和施工提供理论支持。