靜力學(xué)基本概念和和物體受力分析

1、第一篇 靜力學(xué)簡(jiǎn)單復(fù)雜簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化平衡力系的靜力學(xué)-研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律平衡 : 靜止和保持勻速直線運(yùn)動(dòng)力: 一個(gè)力-集中力一群力-力系 靜力學(xué)第一章 靜力學(xué)的基本概念和公理靜力學(xué)的基本概念和物體的受力分析靜 力 學(xué) 11 靜力學(xué)的基本概念 1.力的定義 力是物體相互間的機(jī)械作用，其作用結(jié)果使物體的形狀和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。確定力的必要因素3. 力的三要素大小 方向作用點(diǎn)2. 力的效應(yīng)外效應(yīng)改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的效應(yīng)。內(nèi)效應(yīng)引起物體變形的效應(yīng)。力的定義4. 力的表示法5. 力的單位力是一矢量，用數(shù)學(xué)上的矢量記號(hào)來表示，如圖。F 在國際單位制中，力的單位是牛頓(N) 1 N= 1公斤米/秒2

2、 （kg m/s2 )。12 力 剛體是一種理想的力學(xué)模型。 一個(gè)物體能否視為剛體，不僅取決于變形的大小，而且和問題本身的要求有關(guān)。剛體在外界的任何作用下形狀和大小都始終保持不變的物體。 或者在力的作用下，任意兩點(diǎn)間的距離保持不變的物體。12 靜力學(xué)的基本公理12 靜力學(xué)公里 1. 基本概念力 系 作用于同一物體或物體系上的一群力。等效力系 對(duì)物體的作用效果相同的兩個(gè)力系。平衡力系 能使剛體維持平衡的力系。分 力 一個(gè)力等效于一個(gè)力系，則力系中的各 力稱為這個(gè)力（合力）的分力。合 力 能和一個(gè)力系等效的一個(gè)力。基本概念2.公理公理一(二力平衡公理) 要使剛體在兩個(gè)力作用下維持平衡狀態(tài)，必須也只

3、須這兩個(gè)力大小相等、方向相反、沿同一直線作用。公理一 公理二 FF F = F 公理二(加減平衡力系公理) 可以在作用于剛體的任何一個(gè)力系上加上或去掉幾個(gè)互成平衡的力，而不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。推論 (力在剛體上的可傳性) 作用于剛體上的力，其作用點(diǎn)可以沿作用線在該剛體內(nèi)前后任意移動(dòng)，而不改變它對(duì)該剛體的作用。=F1 = F2 = FFABFABF2F1F1AB 公 理推論即，合力為原兩力的矢量和。A 公理三(二力合成公理) 作用于物體上任一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為作用于同一點(diǎn)的一個(gè)力，即合力。合力的矢由原兩力的矢為鄰邊而作出的力平行四邊形的對(duì)角矢來表示。F1F2FR公理三矢量表達(dá)式：FR= F1

4、+F2 公 理 公理三(二力合成公理) 作用于物體上任一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為作用于同一點(diǎn)的一個(gè)力，即合力。合力的矢由原兩力的矢為鄰邊而作出的力平行四邊形的對(duì)角矢來表示。AF1F2FR公理三AF1F2FRAF1F2FR力三角形法 公 理推論(三力匯交定理) 當(dāng)剛體在三個(gè)力作用下平衡時(shí)，設(shè)其中兩力的作用線相交于某點(diǎn)，則第三力的作用線必定也通過這個(gè)點(diǎn)。F1FF2A=證明：F1F2F3A3AA2A1 公 理推論F3FA=A3F1F2F3A3AA2A1 推論(三力匯交定理) 當(dāng)剛體在三個(gè)力作用下平衡時(shí)，設(shè)其中兩力的作用線相交于某點(diǎn)，則第三力的作用線必定也通過這個(gè)點(diǎn)。證明： 公 理公理四 公理五 任何兩個(gè)物

5、體相互作用的力，總是大小相等，作用線相同，但指向相反，并同時(shí)分別作用于這兩個(gè)物體上。 公 理公理四(作用和反作用公理)公理五(剛化公理) 設(shè)變形體在已知力系作用下維持平衡狀態(tài)，則如將這個(gè)已變形但平衡的物體變成剛體（剛化），其平衡不受影響。公理四 公理五 公 理剛化原理13 約束和約束力基本概念自由體非自由體約束約束力(反力)主動(dòng)力 可以任意運(yùn)動(dòng)（獲得任意位移）的物體。 運(yùn)動(dòng)(位移)受到某些限制的物體。 約束對(duì)被約束體的作用力。 由周圍物體所構(gòu)成的、限制非自由體位移的條件。 約束力以外的力。1. 基本概念 2. 常見的幾種類型的約束柔性約束(柔繩、鏈條、膠帶構(gòu)成的約束) 常見約束柔繩光滑接觸面約

6、束理想光滑接觸面約束 約束類型與實(shí)例FFFFAFB柔繩約束膠帶構(gòu)成的約束 約束類型與實(shí)例光滑接觸面約束實(shí)例 約束類型與實(shí)例光滑圓柱鉸鏈約束ABF光滑圓柱鉸鏈約束AB 約束類型與實(shí)例圓柱鉸結(jié)構(gòu) FyFx固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座光滑圓柱鉸鏈約束 約束類型與實(shí)例F固定鉸鏈支座固定鉸支座的幾種表示:FF活動(dòng)鉸鏈支座活動(dòng)鉸鏈支座光滑圓柱鉸鏈約束 約束類型與實(shí)例活動(dòng)鉸鏈支座滾動(dòng)鉸支座（輥軸支座）的幾種表示:光滑圓柱鉸鏈約束實(shí)例 約束類型與實(shí)例光滑圓柱鉸鏈約束實(shí)例光滑圓柱鉸鏈約束實(shí)例 約束類型與實(shí)例光滑圓柱光滑圓柱鉸鏈約束實(shí)例 約束類型與實(shí)例光滑圓柱 光滑向心頸軸承光滑球鉸鏈約束：ABF光滑球鉸鏈約束 約束

7、類型與實(shí)例光滑球鉸鏈光滑球鉸鏈約束實(shí)例 約束類型與實(shí)例光滑球鉸鏈約束光滑球鉸鏈約束FAFBACB雙鉸鏈剛桿約束 雙鉸剛桿約束AB 約束類型與實(shí)例C雙鉸剛桿約束例題ABABFAFB雙鉸鏈剛桿約束 約束類型與實(shí)例受力圖正確嗎?CABABFAFB雙鉸鏈剛桿約束 約束類型與實(shí)例雙鉸剛桿約束例題CBDAABFBFA雙鉸鏈剛桿約束 約束類型與實(shí)例AB插入端約束 插入端約束FAyFAxMA14 約束和約束反力 約束類型與實(shí)例插入端約束14 物體的受力分析 和受力圖 畫受力圖步驟1.取分離體。2.畫出對(duì)象所受的全部主動(dòng)力。3.在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束反力。受力圖的畫法步驟： AEFW1FFFE

8、CGBHEW1AFD解：1. 物體B受力圖。2. 球A受力圖。3. 滑輪C的受力圖。FHFGCGHIFC 例題 1-1 W2FDBD例11 在圖示的平面系統(tǒng)中，勻質(zhì)球A重W1，借本身重量和摩擦不計(jì)的理想滑輪C和柔繩維持在仰角是的光滑斜面上，繩的一端掛著重W2的物體B。試分析物體B、球A和滑輪C的受力情況，并分別畫出平衡時(shí)各物體的受力圖。例題1-1 討論例題1-1FHFGCGHIFCFHFGCGHIFCI CGBHEW1AFD理想滑輪僅改變繩子的方向，而不改變繩子拉力的大小。 ECABFDBCFBFC解：1. 桿BC所受的力。2. 桿AB所受的力。表示法一：表示法二：BDAFFAxFAyFBBA

9、DFFAHFB例12 等腰三角形構(gòu)架ABC的頂點(diǎn)A，B，C都用鉸鏈連接，底邊AC固定，而AB邊的中點(diǎn)D作用有平行于固定邊AC的力F，如圖所示。不計(jì)各桿自重，試畫出AB和BC的受力圖。例題1-2 例13 如圖所示，重物重G = 20 kN,用鋼絲繩掛在支架的滑輪B上，鋼絲繩的另一端繞在鉸車D上。桿AB與BC鉸接，并以鉸鏈A，C與墻連接。如兩桿與滑輪的自重不計(jì)并忽略摩擦和滑輪的大小，試畫出桿AB和BC以及滑輪B的受力圖。ABDCG1.桿AB的受力圖。ABFABFCBBC解：2.桿BC 的受力圖。ABDCGD 3. 滑輪B ( 不帶銷釘）的受力圖。FBxF2F1FByABDCGBFBCFBAF2F1 4. 滑輪B ( 帶銷釘）的受力圖。ABFABFCBBCABDCGBACWFB思考題AWC光滑粗糙柔繩(a)(b)畫出桿AB的受力圖。 思考題AWFB思考題CFCFAyBCAWFBFAFAx 解答(a)(b)BCFBFC圖（b）,（c）