《平面基本力系》課件

平面基本力系1.力的定義力的定義力是物體之間的相互作用,力的作用效果是使物體發(fā)生形變或改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力的單位力的單位是牛頓(N),1牛頓等于1千克·米/秒2力的方向力是矢量,具有大小和方向,力的大小用力的數(shù)值表示,力的方向用力的作用方向表示。力的性質(zhì)矢量性力具有大小和方向，可以用矢量表示?？蓚鬟f性力的作用點(diǎn)可以沿其作用線移動(dòng)，不改變力的效果。獨(dú)立性多個(gè)力的作用效果，可以獨(dú)立地疊加。3.力的分類按力的性質(zhì)分類根據(jù)力的性質(zhì)，可將力分為重力、彈力、摩擦力、電磁力等。按力的作用效果分類根據(jù)力的作用效果，可將力分為拉力、壓力、支持力、摩擦力等。按力的作用點(diǎn)分類根據(jù)力的作用點(diǎn)，可將力分為集中力、分布力等。力的特點(diǎn)1矢量性力的大小和方向共同決定力的作用效果。2同時(shí)性力必須同時(shí)作用在物體上才能產(chǎn)生效果，不會(huì)產(chǎn)生滯后效應(yīng)。3獨(dú)立性多個(gè)力的作用效果可以獨(dú)立疊加，不會(huì)相互影響。合力力的合成的概念多個(gè)力共同作用在一個(gè)物體上，它們的效果可以用一個(gè)等效的力來(lái)代替，這個(gè)力稱為合力。合力的作用效果合力的作用效果與多個(gè)力共同作用的效果相同，即合力能夠使物體產(chǎn)生與多個(gè)力共同作用時(shí)相同的加速度。合力的計(jì)算1平行四邊形法則當(dāng)兩個(gè)力不在同一直線上時(shí)，可以使用平行四邊形法則進(jìn)行計(jì)算，即以兩個(gè)力為鄰邊作平行四邊形，合力為平行四邊形的對(duì)角線。2三角形法則三角形法則與平行四邊形法則類似，將兩個(gè)力作為三角形兩條邊，則合力為第三邊。3正交分解法將每個(gè)力分解為水平和垂直方向的兩個(gè)分力，然后分別對(duì)水平和垂直方向的分力進(jìn)行矢量加減，最后將合力分解后的分力進(jìn)行矢量合成。合力的幾何表示合力的幾何表示是通過力的矢量圖來(lái)直觀地表示力的合成結(jié)果。合力的方向和大小由力的矢量圖的長(zhǎng)度和方向決定。例如，兩個(gè)力F1和F2的合力F可以表示為一個(gè)平行四邊形的對(duì)角線，其長(zhǎng)度和方向分別代表合力的大小和方向。合力的幾何表示方法簡(jiǎn)單直觀，可以方便地理解力的合成原理，并且可以用于解決一些實(shí)際問題。力的平行移動(dòng)作用點(diǎn)移動(dòng)力的大小和方向不變，作用點(diǎn)沿力的作用線移動(dòng)，力的作用效果不變。作用線移動(dòng)力的大小和方向不變，作用點(diǎn)不移動(dòng)，作用線沿力的作用線移動(dòng)，力的作用效果改變。受力物體的平衡條件靜力平衡物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，其合力為零，合力矩為零。動(dòng)態(tài)平衡物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其合力為零，合力矩為零。受力物體的平衡分析步驟1：確定物體明確研究對(duì)象，分析物體所受的所有外力。步驟2：建立坐標(biāo)系選擇合適的坐標(biāo)系，將所有力分解到坐標(biāo)軸上。步驟3：列寫平衡方程根據(jù)物體平衡條件，列寫力和力矩的平衡方程。步驟4：求解未知量通過解方程組，求解物體所受力的未知量。平面內(nèi)力系的種類1匯交力系所有力作用線交于一點(diǎn)2平行力系所有力作用線互相平行3一般力系既不匯交也不平行力偶的概念兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線互相平行的力所組成的力系稱為力偶。力偶對(duì)物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，但不產(chǎn)生移動(dòng)效應(yīng)。力偶矩是力偶對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量，等于力偶中任意一個(gè)力的大小乘以力偶臂。力偶的性質(zhì)等效性力偶的大小和方向不變，則它對(duì)剛體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果相同。可傳性力偶可以沿作用面平行移動(dòng)，其對(duì)剛體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果不變?？莎B加性多個(gè)力偶對(duì)同一剛體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果，它們的合力偶等于各力偶的矢量和。力偶的計(jì)算1力偶矩力偶矩的大小等于力偶中一個(gè)力的大小乘以力偶臂2力偶矩方向力偶矩的方向由右手螺旋法則確定3力偶矩的單位力偶矩的單位為牛頓米（Nm）力偶的幾何表示力偶可以用一個(gè)矢量來(lái)表示，該矢量的方向垂直于力偶平面，大小等于力偶矩，方向由右手螺旋法則確定。力偶的幾何表示可以幫助我們更好地理解和計(jì)算力偶的作用效果。平面力系的合成1矢量和將多個(gè)力向量首尾相接，連接第一個(gè)力向量的起點(diǎn)和最后一個(gè)力向量的終點(diǎn)，所得向量即為合力向量。2平行四邊形法則以兩個(gè)力向量為鄰邊作平行四邊形，對(duì)角線即為合力向量。3三角形法則將兩個(gè)力向量首尾相接，連接第一個(gè)力向量的起點(diǎn)和最后一個(gè)力向量的終點(diǎn)，所得向量即為合力向量。平面力系的分解1將力系分解為兩個(gè)或多個(gè)分力以方便計(jì)算或分析2力系的合成將多個(gè)力合成一個(gè)等效的力3平衡力系合力為零平面力系的平衡條件合力為零平面力系平衡的必要條件是合力為零。這意味著所有力的矢量和必須等于零。合力矩為零平面力系平衡的另一個(gè)必要條件是合力矩為零。這意味著所有力對(duì)任意點(diǎn)的力矩之和必須等于零。自由物體的平衡旋轉(zhuǎn)木馬旋轉(zhuǎn)木馬是一種經(jīng)典的游樂設(shè)施，通過旋轉(zhuǎn)木馬上的動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。單杠運(yùn)動(dòng)員單杠運(yùn)動(dòng)員在單杠上進(jìn)行各種動(dòng)作，依靠自身的力量和協(xié)調(diào)性來(lái)保持平衡。獨(dú)輪車獨(dú)輪車是一種特殊的交通工具，需要騎手保持身體的平衡才能前進(jìn)。約束物體的平衡約束：限制物體運(yùn)動(dòng)的條件，如固定、鉸鏈、滑動(dòng)等平衡：物體在約束力的作用下處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)約束力：物體受到約束所產(chǎn)生的力，作用方向與約束方向相反平面內(nèi)力的虛位移原理基本概念該原理指出，如果一個(gè)力系作用在剛體上，并且剛體處于平衡狀態(tài)，那么這個(gè)力系對(duì)剛體在任何虛位移下的虛功都為零。應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，用于分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、計(jì)算結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力。優(yōu)勢(shì)可以簡(jiǎn)化力學(xué)分析，提高計(jì)算效率。平面內(nèi)力的虛功原理1概念在平面內(nèi)力系作用下，物體在虛位移過程中，力所做的功的代數(shù)和為零。2應(yīng)用用于解決平面內(nèi)力系的平衡問題，尤其是在非完整約束系統(tǒng)中。3優(yōu)勢(shì)能夠簡(jiǎn)化復(fù)雜的力學(xué)問題，提高分析效率。摩擦力的概念表面接觸當(dāng)兩個(gè)物體表面相互接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生摩擦力。抵抗運(yùn)動(dòng)摩擦力總是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙物體運(yùn)動(dòng)或阻止物體運(yùn)動(dòng)。多種形式摩擦力有靜摩擦力和動(dòng)摩擦力兩種，分別對(duì)應(yīng)物體靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。靜摩擦力和動(dòng)摩擦力1靜摩擦力當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體與接觸面之間產(chǎn)生的摩擦力稱為靜摩擦力。2動(dòng)摩擦力當(dāng)物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，物體與接觸面之間產(chǎn)生的摩擦力稱為動(dòng)摩擦力。摩擦力的計(jì)算摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)是指兩個(gè)接觸表面的摩擦力與正壓力之比。摩擦系數(shù)取決于接觸表面的材料、表面粗糙度和環(huán)境條件等因素。正壓力正壓力是指兩個(gè)接觸表面之間相互作用的垂直壓力。正壓力的大小與物體重量、接觸面積和接觸角度等因素有關(guān)。摩擦力摩擦力是指兩個(gè)接觸表面之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而產(chǎn)生的阻力。摩擦力的大小與正壓力和摩擦系數(shù)成正比。摩擦力在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)摩擦力在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，例如，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土之間的摩擦力確保了鋼筋的牢固連接，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。橋梁設(shè)計(jì)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，摩擦力可以確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，例如，橋面與橋墩之間的摩擦力可以防止橋面滑移。摩擦力在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提高傳動(dòng)效率摩擦力可以幫助齒輪、皮帶和鏈條等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更好地傳遞動(dòng)力，減少能量損失。實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能摩擦力可以用于制動(dòng)器和離合器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制和停止。增強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性摩擦力可以增強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止零件松動(dòng)或滑移。課程小結(jié)力系概述本課程介紹了平面基本力系的概念、性質(zhì)、合成和分解等基本知識(shí)。受力分析重點(diǎn)講解了受力物體的平衡條件，以及如何進(jìn)行受力分析和