理论力学基础理论力学基础绪论.ppt

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1、理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系一、理论力学研究的对象和内容一、理论力学研究的对象和内容二、理论力学发展简史二、理论力学发展简史三、学习理论力学的目的三、学习理论力学的目的四、学习本课程的要求四、学习本课程的要求目 录 绪绪 论论 绪绪 论论理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院

2、工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系 机机械械运运动动产产生生和和变变化化的的原原因因在在于于“力力”，所所以以理理论论力力学学将将原原因因“力力”和和结结果果“运运动动”分分开开单单独独进进行行研研究究，获获得得静静力力学学和和运运动动学学，而而研研究原因和结果之间内在的联系获得动力学。究原因和结果之间内在的联系获得动力学。理论力学理论力学是研究物体机械运动一般规律是研究物体机械运动一般规律的科学。的科学。所谓机械运动机械运动，是指物体在空间的位置是指

3、物体在空间的位置随时间的变化。随时间的变化。平衡平衡是机械运动的特殊情况是机械运动的特殊情况。理理论论力力学学研研究究的的对对象象 绪绪 论论理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系 静静力力学学：主主要要研研究究物物体体受受力力分分析析和和力力系系简简化化的的方法以及各种力系平衡时所应满足的条件。方法以及各种力系平衡时所应满足的条件。课程内容：课程内容

4、：运运动动学学：只只从从几几何何角角度度来来研研究究物物体体的的运运动动（位位 移移、速速 度度、加加 速速 度度、角角 度度、角角 速速 度度、角角 加加 速度）。速度）。动动力力学学：研研究究受受力力物物体体的的运运动动和和作作用用力力之之间间的关系。的关系。理理论论力力学学研研究究的的内内容容 绪绪 论论理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系理理

5、论论力力学学发发展展简简史史（中中国国篇篇）赵州桥赵州桥又名安济桥，建于公元赵州桥又名安济桥，建于公元605-618年间，是著名石匠年间，是著名石匠师师李春李春设计的。桥长设计的。桥长64.40米，跨径米，跨径37.02米，是当今世界米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。绪绪 论论达芬奇达芬奇说说：“力学是数学力学是数学 的乐园，因为的乐园，因为 我们在这里获我们在这里获 得了数学的果得了数学的果 实。实。”理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械

6、工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系1.为后续课打基础。因为理论力学是所为后续课打基础。因为理论力学是所有力学课程的基础。有力学课程的基础。2.培养正确的分析问题和解决问题的能培养正确的分析问题和解决问题的能力。特别是逻辑思维的能力、抽象化的力。特别是逻辑思维的能力、抽象化的能力以及数学计算的能力。能力以及数学计算的能力。3.学习直接运用理论力学的知识来解决学习直接运用理论力学的知识来解决 工程中的某些实际问题。工程中的某些实际问题。学习的理论力学目的学习目的：绪绪 论论理论力学

7、理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系理论力学理论力学高等数学高等数学材料力学材料力学机械原理机械原理机械零件机械零件 流体力学流体力学其它专业课其它专业课理论力学与其它课程的关系与其它课程的关系：与其它课程的关系：绪绪 论论理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程

8、与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系保证出勤、认真听课课后复习、完成作业不懂就问、按时答疑拓宽视野、联系实际 学学习习本本课课程程的的要要求求学习要求：学习要求：绪绪 论论理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系第一章第一章 静力学公理和物体的

9、受力分析静力学公理和物体的受力分析理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系目的要求目的要求1 深深 入入 地地 理理 解解 力力、刚刚 体体、平平 衡衡 和和 约约 束束 等等 重要概念。重要概念。2深入理解静力学公理。深入理解静力学公理。3明明确确和和掌掌握握典典型型约约束束的的特特征征及及约约束束反反力的画法。力的画法。4熟熟练练掌掌握握单单个个物物

10、体体与与物物体体系系统统的的受受力力分析。分析。要要求求目目的的第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系 所谓所谓物体的平衡物体的平衡就是指物体相对就是指物体相对于周围物体保持其静止或匀速直线运于周围物体保持其静止或匀速直线运动的状态。动的状态。在一般的工程技术问题中，平衡就是指在一般的工

11、程技术问题中，平衡就是指物体相对于地球的平衡，主要是指相对于地物体相对于地球的平衡，主要是指相对于地面的平衡面的平衡.静静力力学学基基本本概概念念（一一）平平衡衡第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系刚体是一种理想的力学模型。刚体是一种理想的力学模型。刚体刚体在外界的任何作用下形状和大小

12、在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。都始终保持不变的物体。或者在或者在力的作用下，任意两点间的距离保力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体持不变的物体。静静力力学学基基本本概概念念（二二）刚刚体体第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系1 1.力的定义力的定义 力是物体相

13、互间的机械作用，其力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状作用结果使物体的形状和运动状态发生改变态发生改变。3.3.力的三要素力的三要素大小大小 方向方向作用点作用点2.2.力的效应力的效应外效应外效应改变物体运动状态的效应。改变物体运动状态的效应。内效应内效应引起物体变形的效应。引起物体变形的效应。静静力力学学基基本本概概念念（三三）力力第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工

14、程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系4 4.力的表示法力的表示法5 5.力的单位力的单位力是一矢量，用数学上的力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图矢量记号来表示，如图F 在国际单位制中，力的单位是在国际单位制中，力的单位是牛顿牛顿(N)1 N=1千克千克米米/秒秒2（kg m/s2)。印刷体用黑体 字，手写时用 或 表示。静静力力学学基基本本概概念念（三三）力力第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工

15、程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系 力系：同时作用于物体上的力系：同时作用于物体上的一群力一群力，称为力系。，称为力系。静静力力学学基基本本概概念念（四四）力力系系平面力系平面力系空间力系空间力系汇交汇交力系力系力偶力偶力系力系平行平行力系力系任意任意力系力系平面平面汇交汇交力系力系平面平面力偶力偶力系力系平面平面平行平行力系力系平面平面任意任意力系力系空间空间汇交汇交力系力系空间空间力偶力偶力系力系空间空间平行平行力系力系空间空间任意任

16、意力系力系第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系等效力系等效力系对同一物体的作用效果相同的对同一物体的作用效果相同的两个力系。两个力系。平衡力系平衡力系能使物体维持平衡的力系。能使物体维持平衡的力系。合合 力力一个力如果与一个力系等效那么一个力如果与一个力系等效那么 这个力就是这个力系的

17、合力。这个力就是这个力系的合力。平平 衡衡 力力满足平衡条件的力系中，其中任满足平衡条件的力系中，其中任 意一个力为其余力的平衡力。意一个力为其余力的平衡力。静静力力学学基基本本概概念念（四四）力力系系第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系1、物体的受力分析：分析物体（包分析物体（包括物

18、体系）受哪些力，每个力的作用位括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。置和方向，并画出物体的受力图。2、力系的等效替换（或简化）：用用一个简单力系等效代替一个复杂力系。一个简单力系等效代替一个复杂力系。3、建立各种力系的平衡条件：建立建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题解决静力学实际问题。静静力力学学研研究究的的主主要要问问题题第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大

19、学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系公理一公理一 (力平行四边形公理力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。矢来表示。即，合力为原两力的矢量和合力为原两力的矢量和。矢量表达式：矢量表达式：R=FR=F1 1+F+F2 2A AF F1 1F F2 2R R第

20、第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系F F1 1R R公理一公理一 (力平行四边形公理力平行四边形公理)F F2 2静静力力学学基基本本第第一一节节公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学

21、理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系F F1 1R R公理一公理一 (力平行四边形公理力平行四边形公理)F F2 2yxFFxFy第一节 静力学基本公理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系

22、辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系公理二公理二 (二力平衡公理二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，那么这两个力一定满足以下条件：大小相等、那么这两个力一定满足以下条件：大小相等、方向相反、沿同一直线作用。方向相反、沿同一直线作用。这两个力大小相等这两个力大小相等|F1|=|F2|,或或(F1=F2)只只用用白白体体字字F 表表示示力力的的大大小小，而而不不在在 其其 上上 加加 或或矢矢量量符符号号。指向相反指向相反 F1=F2作用线共线；作用线共线；作

23、用于同一个刚体上作用于同一个刚体上。第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院

24、工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系公理三公理三(加减平衡力公理加减平衡力公理)在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变厡力系对刚体的作用。不改变厡力系对刚体的作用。=F1=F2=FF FABF FABF F2 2F F1 1F F1 1AB推论一推论一 (力在刚体上的可传性力在刚体上的可传性)作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移作用于刚体上某点的力，可以沿着它

25、的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系力的可传性可以在生产实践中得到证实：力的可传性可以在生产实践中得到证实：对于刚体力的三要素：对于刚体力的三要素

26、：大小、方向、作用线。大小、方向、作用线。注意：注意：力的可传性是指力沿其作用线从刚体上一点移到力的可传性是指力沿其作用线从刚体上一点移到另一点，而不是从一个刚体移到另外一个刚体。另一点，而不是从一个刚体移到另外一个刚体。ABCEFFF第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机

27、械工程与自动化学院工程力学系F F1 1F FF F2 2A=证明：F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1推论二推论二 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三力的作用线通过汇交点。力的作用线通过汇交点。理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自

28、动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系推论二推论二 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三力的作用线通过汇交点。面内，且第三力的作用线通过汇交点。F F3 3A3第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理A=F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1F F证明：第一章第一章

29、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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系公理四公理四 (作用和反作用定律作用和反作用定律 )两物体间相互作用的一对力两物体间相互作用的一对力,总是大小相等总是大小相等,方方向相反向相反,沿同一直线沿同一直线,并分别作用在这两个物体上。并分别作用在这两个物体上。设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，设变形

30、体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。化），其平衡不受影响。公理五公理五 (刚化公理刚化公理)第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系公理五公理五 (刚

31、化公理刚化公理)反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的。对变形体是必要的但非充分的。柔性体（受拉力平衡）柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）刚化为刚体（仍平衡）刚体（受压平衡）刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）柔性体（受压不能平衡）第第一一节节 静静力力学学基基本本公公理理第一章第一章 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理论力学理论力学理论力学理论力学辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系辽宁科技大学机械工程与自动化学院工程力学系第第二二节节约约束束与与约约束束反反力力请看录相约束及受力分析