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第一部分第一部分第一部分第一部分静力学 静力学研究物体作机械运动的特殊静力学研究物体作机械运动的特殊情况情况物体处于静止状态时力的平衡物体处于静止状态时力的平衡规律。规律。物体的受力分析物体的受力分析力系的等效替换（或简化）力系的等效替换（或简化）建立各种力系的平衡条件建立各种力系的平衡条件静力学主要研究：静力学主要研究：静力学主要内容静力学主要内容 静力学基本概念静力学基本概念 力系的简化力系的简化 约束与约束反力约束与约束反力 力系的平衡力系的平衡 摩擦与摩擦力摩擦与摩擦力 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。引引 言言研究方法：几何法，解析法。研究方法：几何法，解析法。例：起重机的挂钩。力系分为：平面力系、空间力系力系分为：平面力系、空间力系平面汇交力系平面汇交力系平面力偶系平面力偶系平面平行力系平面平行力系平面一般力系平面一般力系平面力系平面力系平面特殊力系平面特殊力系平面任意力系平面任意力系第一章第一章第一章第一章静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析一：一：力的概念力的概念力的单位，采用国际单位时为：力的单位，采用国际单位时为：或或牛顿（牛顿（N）以及千牛（以及千牛（KN）1-1 1-1 静力学基本概念静力学基本概念1定义定义：力是物体间的相互机械作用，力是物体间的相互机械作用，这种作用可以使物这种作用可以使物 体的运动状态发生变化。体的运动状态发生变化。2.力的效应：力的效应：运动效应运动效应(外效应外效应)变形效应变形效应(内效应内效应)。3.力的三要素：力的三要素：大小，大小，方向方向，作用点，作用点AF 4.力的表示：力的表示：A 图形表示 B 符号表示AF5.5.相关的概念相关的概念 力系：力系：是指作用在物体上的一群力。平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡状态，我们称这个力系为平衡力系。矢量大小6.6.力的分类力的分类 集中力、分布力、集中力偶集中力、分布力、集中力偶是指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。二二.刚体刚体刚刚 体体F F F FF F F F是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。三三.平衡平衡变变 形形 体体F F F FF F F F1-2 1-2 静力学基本公理静力学基本公理公理公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的：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。实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理公理1 1 力的平行四边形法则力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成为一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。系简化的基础。公理公理2 二力平衡条件二力平衡条件 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力这两个力大小相等大小相等|F1|=|F2|方向相反方向相反 F1=F2 作用线共线，作用线共线，作用于同一个物体上。作用于同一个物体上。说明说明：对刚体来说，上面的条件是充要的 二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)二力杆只有两个力作用下处只有两个力作用下处于平衡的物体于平衡的物体二力构件二力构件不是二力构件不是二力构件 力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应改变它对刚体的作用效应公理公理3 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。推论推论1：力的可传性力的可传性（作用在刚体上的）（作用在刚体上的）力的三要素可以叙述为：力的三要素可以叙述为：大小、方向、作用线大小、方向、作用线 刚体受三力作用而平衡，若其中两力作刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交在特殊情况下，力在无穷远处汇交平行平行力系力系。）。）推论推论2：三力平衡汇交定理：三力平衡汇交定理 证证 为平衡力系，为平衡力系，也为平衡力系。也为平衡力系。又又 二力平衡必等值、反向、共线，二力平衡必等值、反向、共线，三力三力 必汇交，且共面。必汇交，且共面。公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律作用力与反作用力总是等值、反向、共线、作用在相互作用作用力与反作用力总是等值、反向、共线、作用在相互作用的的两个物体两个物体上。上。例例 吊灯在画物体受力图时要注意此公理的应用。在画物体受力图时要注意此公理的应用。刚体（受压平衡）刚体（受压平衡）变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理公理5告诉我们：处于平衡告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。力学的平衡理论。公理公理5 5 刚化原理刚化原理柔性体（受压不能平衡）柔性体（受压不能平衡）约束反力：约束反力：约束对被约束物体的作用力叫约束反力。一、概念一、概念自由体：自由体：位移不受限制的物体叫自由体，如汽球。非自由体：非自由体：位移受限制的物体叫非自由体，如在槽内绿球。约束：约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）1-3 约束与约束反力约束与约束反力大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：约束反力特点：GN1N2二二 常见的理想约束及其约束力的简化常见的理想约束及其约束力的简化 按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力，按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力，它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两个刚体上。下面我们讨论几种常见的理想约束：个刚体上。下面我们讨论几种常见的理想约束：绳索类只能受拉只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点作用在接触点，方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束PPT胶带约束力沿轮缘的切线方向胶带约束力沿轮缘的切线方向背离背离皮带轮，即为拉力。皮带轮，即为拉力。分析胶带对皮带轮的作、作用力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体沿公法线，指向受力物体2.光滑接触面的约束光滑接触面的约束 (光滑指摩擦不计光滑指摩擦不计)PNNPNANB光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用称为法向约束力，用 表示。表示。AAXAYAA3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束 圆柱铰链固定铰支座固定铰支座4.活动铰支座活动铰支座（辊轴支座）（辊轴支座）滚动支座（辊轴支座）N的方向一般指向的方向一般指向被约束物体，有被约束物体，有时也可以相反。时也可以相反。5、齿轮副约束力、齿轮副约束力节圆公切线节圆公切线连心线连心线二二 力力 杆杆 6、二力构件、二力构件一、受力分析一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析受力分析。作用在物体上的力有：一类是:使物体具有运动趋势的力使物体具有运动趋势的力称为物体所受的称为物体所受的主动力主动力主动力主动力,如重力,风力,气体压力等。二类是：被动力，限制物体运动的力为限制物体运动的力为约束反力约束反力约束反力约束反力。1-4 1-4 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图例例1OWNDNEDBAXAYANDTB二、受力图二、受力图画物体受力图主要步骤为画物体受力图主要步骤为：选研究对象；取分离体；画上主动力；画出约束反力。例例2 尖点问题A B C CD例例3XA YA NC NC ND P FB C A DXA YA ND P FB C A DP FFBCA C例例4FA BCNA NC NC XB YB FA CBXB NA YB 三、画受力图应注意的问题三、画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。2、不要多画力、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。1、不要漏画力、不要漏画力约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。3、不要画错力的方向、不要画错力的方向4、受力图上不能再带约束。、受力图上不能再带约束。即受力图一定要画在分离体上。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。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。5、受力图上只画外力，不画内力。、受力图上只画外力，不画内力。6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相、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。互协调，不能相互矛盾。7、正确判断二力构件。、正确判断二力构件。ABCFACBC例例1 画出下列各构件的受力图(外力作用于铰链时应如何考虑)ABCFNCBNBNBNANANCACFNCANCBABCFACBCABCFNBNANANCANBFNCA例例1 画出下列各构件的受力图(外力作用于BC时应如何考虑)例例2 画出下列各构件的受力图OCAXCXOXA YCYAYOOCFBADEOCFBADECFDEXCYCNEBAEXBYBXAYANEXOYOXBYB水平均质梁水平均质梁水平均质梁水平均质梁 重为重为重为重为 ，电动，电动，电动，电动机重为机重为机重为机重为 ，不计杆，不计杆，不计杆，不计杆 的自的自的自的自重，画出杆重，画出杆重，画出杆重，画出杆 和梁和梁和梁和梁 的受的受的受的受力图力图力图力图。图图图图(a)(a)解：解：解：解：取取取取 杆，其为二力构件，简杆，其为二力构件，简杆，其为二力构件，简杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图称二力杆，其受力图如图称二力杆，其受力图如图称二力杆，其受力图如图(b)(b)例例2 画出下列各构件的受力图取取取取 梁，其受力图如图梁，其受力图如图梁，其受力图如图梁，其受力图如图 (c)(c)若若若若这样画这样画这样画这样画，梁梁梁梁 的受的受的受的受力图又如何改动力图又如何改动力图又如何改动力图又如何改动?杆的受力图能否杆的受力图能否杆的受力图能否杆的受力图能否画为图（画为图（画为图（画为图（d d）所示所示所示所示？例例例例1 1 1 15 5 5 5不计自重的梯子放在光滑不计自重的梯子放在光滑不计自重的梯子放在光滑不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、水平地面上，画出梯子、水平地面上，画出梯子、水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系梯子左右两部分与整个系梯子左右两部分与整个系梯子左右两部分与整个系统受力图。图统受力图。图统受力图。图统受力图。图(a)(a)解：解：解：解：绳子受力图如图（绳子受力图如图（绳子受力图如图（绳子受力图如图（b b）所示所示所示所示梯子左边部分受力梯子左边部分受力梯子左边部分受力梯子左边部分受力图如图（图如图（图如图（图如图（c c）所示所示所示所示梯子右边部分受力梯子右边部分受力梯子右边部分受力梯子右边部分受力图如图（图如图（图如图（图如图（d d）所示所示所示所示整体受力图如图（整体受力图如图（整体受力图如图（整体受力图如图（e e e e）所示所示所示所示提问：左右两部分梯子在提问：左右两部分梯子在提问：左右两部分梯子在提问：左右两部分梯子在A A处，绳子对左右两部分处，绳子对左右两部分处，绳子对左右两部分处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？THETHEENDEND谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！