静力学基础课件.ppt

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1、静力学基础第1页，此课件共26页哦第2页，此课件共26页哦 在在外力外力作用下，作用下，形状形状、大小大小均均保持不变保持不变的物体。的物体。是是抽象化抽象化的概念，是的概念，是为了为了研究问题方便研究问题方便而引入的而引入的1-1 静力学基本概念静力学基本概念研究物体研究物体平衡平衡的科学。的科学。一、平衡态与平衡条件一、平衡态与平衡条件平衡态平衡态：物体相对于惯性参考系（如地球）保持物体相对于惯性参考系（如地球）保持静止静止或或匀速直线运动匀速直线运动的状态。的状态。平衡条件平衡条件：物体处于物体处于平衡态平衡态时，作用于其上的时，作用于其上的外外力力应满足的条件应满足的条件。二、刚体二、

2、刚体第3页，此课件共26页哦力力：物体间的相互机械作用，是物体间的相互机械作用，是矢量矢量。单位单位：国际：国际：牛顿牛顿（N），千牛千牛（kN）；工程：工程：千克力千克力（kgf）。注意注意：凡以凡以人名命名人名命名的的单位符号单位符号的的第一个字母第一个字母要要大写大写，如如瓦特瓦特（W）、）、安培安培（A）、）、焦尔焦尔（J）力系力系：同一个物体同一个物体上作用着上作用着 两两个及其以上的力个及其以上的力，则则这些这些力组成力组成力系力系。三、力与力系三、力与力系第4页，此课件共26页哦大小大小、方向方向、作用点作用点。它由它由带箭头的线段带箭头的线段组成。组成。四、力的三要素四、力的三

3、要素（F）表示。表示。书写时用书写时用黑体字母黑体字母（F）或或字母上加箭头字母上加箭头常用常用第5页，此课件共26页哦五、力的作用效应五、力的作用效应力力的的作作用用效效应应运动状态运动状态的的变化变化发生发生变形变形移动移动转动转动（外效应外效应）形状形状大小大小（内效应内效应）第6页，此课件共26页哦有关有关力的合成力的合成和和分解分解的知识的知识见下节见下节。六、合力与分力六、合力与分力合力合力：分力分力：正交分力正交分力：力系的作用效果力系的作用效果与与一个力等效一个力等效，则，则该力为力系的该力为力系的合力合力。一个力可以一个力可以分解分解为两个及其以上的力，为两个及其以上的力，其

4、中的每一个力为原力的其中的每一个力为原力的分力分力。由于一个力的分力有多组，常将力由于一个力的分力有多组，常将力分解为分解为两个相互垂直的力两个相互垂直的力。第7页，此课件共26页哦七、作用于物体上的载荷七、作用于物体上的载荷 任何物体任何物体上都作用着一定的上都作用着一定的载荷载荷，化工设备、，化工设备、机械是在一定载荷下工作的。当其上的载荷超过机械是在一定载荷下工作的。当其上的载荷超过一定限度时，设备机械就不能正常工作了。一定限度时，设备机械就不能正常工作了。因此有必要对因此有必要对物体上的载荷物体上的载荷做深入了解。做深入了解。作用于物体上作用于物体上的载荷的载荷力力力偶力偶有有移动效应

5、移动效应 转动效应转动效应只有只有转动效应转动效应后面讲后面讲第8页，此课件共26页哦集中力和分布力集中力和分布力集中力集中力：力的作用面积很小，可以看做作力的作用面积很小，可以看做作用在一点上，称为用在一点上，称为集中力集中力。分布力分布力：力的作用面积很大，称为力的作用面积很大，称为分布力分布力。当当q(x)q(x)为常数时称为为常数时称为均布力均布力或或均布均布载荷载荷。第9页，此课件共26页哦1-2 1-2 静力学公理静力学公理 公理公理：人们经过长期实践，从大量的事实中概括人们经过长期实践，从大量的事实中概括总结出来，无需证明。总结出来，无需证明。力的基本性质力的基本性质是是公理及其

6、推论公理及其推论，它是静力它是静力学的理论基础，是学的理论基础，是解题的依据解题的依据。提醒同学们注意提醒同学们注意：本人对力的基本性质的本人对力的基本性质的总结总结与与教材编排不同教材编排不同，但实质内容是一样的。，但实质内容是一样的。力的基本性质力的基本性质第10页，此课件共26页哦一、力的可消性一、力的可消性 1、二、二力平衡公理力平衡公理（二力平衡条件二力平衡条件）（）（只用于只用于刚体刚体）2、加、加减平衡力系公理减平衡力系公理（只用于刚体刚体）在作用于刚体的任一力系中，加上或减去加上或减去任一平衡力任一平衡力系系，并不改变不改变原力系对刚体的运动效应运动效应。二力杆二力杆FFFF形

7、状大小都不变的物体：二力平衡二力平衡下下 的的杆件杆件。若若刚体刚体在在两个力两个力作用下作用下平衡平衡，充要条件充要条件是：是：两力大小两力大小相等，方向相反，并且在同一条直线上相等，方向相反，并且在同一条直线上，即，即 “等值等值、反向反向、共线共线”。如图如图1.3所示。所示。第11页，此课件共26页哦二、力的可合性二、力的可合性多个力可用一个力来代替多个力可用一个力来代替平行四边形法则平行四边形法则F三角形法则三角形法则FF1F2F3R力的多边形法则力的多边形法则 力的平行四边形法则力的平行四边形法则（对角线为合力对角线为合力）力的三角形法则力的三角形法则（第三边为合力第三边为合力）力

8、的多边形法则力的多边形法则（封闭边为合力封闭边为合力）（多力合成多力合成）。力的合成力的合成求求合力的方法合力的方法是：是：（力的平行四边形公理力的平行四边形公理）第12页，此课件共26页哦 作用于刚体上的力，可作用于刚体上的力，可沿其作用线沿其作用线移至其上的任一移至其上的任一点，而点，而不改变不改变力对该刚体的力对该刚体的运动效应运动效应。证明证明：刚体上刚体上A点点作作用着一个力用着一个力F，在其，在其作用线上有另一个作用线上有另一个点点B。AFB根据根据加减平衡力系公理加减平衡力系公理，在，在B点点加上一个二力平加上一个二力平 衡力衡力系系（F1=F2=F），F1F2 而而F与与F1为

9、一为一平衡力系平衡力系，可，可消去，消去，最后结果为力最后结果为力F传至传至B点点。ABF三、力的可传性三、力的可传性（1 1）1、力的可传性、力的可传性力的传递力的传递（只用于刚体只用于刚体）第13页，此课件共26页哦2、三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 若若刚体刚体在在三个不平行的共三个不平行的共面力面力作用下处于作用下处于平衡状态平衡状态，则这则这三个力必汇交于同一三个力必汇交于同一点点。证明证明：三个不平行的共面力：三个不平行的共面力F1、F2、F3分别作用于分别作用于A1、A2、A3。将将F1、F2沿其作用线平移至交点沿其作用线平移至交点A，AR然后合成力然后合成力R。则刚体在则刚体

10、在F3、R二力作用下二力作用下平平衡衡，据，据二力平衡条件二力平衡条件，有：，有：F3、R共线，即三个力交于共线，即三个力交于同一点同一点A。三、力的可传性三、力的可传性（2 2）（只用于刚体只用于刚体）第14页，此课件共26页哦 四、力的可分性四、力的可分性 两个力的两个力的合力合力是是唯一的唯一的，一个力可分解一个力可分解为两个力为两个力，却有，却有无数个解无数个解，其法则亦可，其法则亦可用用平行四边形法则平行四边形法则，常分解为，常分解为正交分力正交分力。FF1F2F3F4力的分解力的分解正交分解正交分解FF1F2力的分解力的分解第15页，此课件共26页哦五、力的成对性五、力的成对性 作

11、用力作用力与与反作用力反作用力总是总是同时发生同时发生，其，其大小大小相等相等、方向相反方向相反，沿，沿同一直线同一直线分别作用于分别作用于两个两个互相作用的互相作用的物体物体上。上。注意注意：不是平衡力系不是平衡力系！由于由于两个力作用于两个力作用于不同物体不同物体上上，尽管有，尽管有“等值、等值、反向、共线反向、共线”为什么？为什么？（作用与反作用公理作用与反作用公理）第16页，此课件共26页哦1-3 约束与约束反力约束与约束反力 自由体自由体：在空间可在空间可自由运动自由运动而位移不受限制而位移不受限制的的物体物体。非自由体非自由体：位移受到某种限制的位移受到某种限制的物体物体。如：飞行

12、中的飞机如：放在地板上的讲台（不得向下运动）一般地：本课程研究的均为非自由体非自由体一、自由体与非自由体一、自由体与非自由体第17页，此课件共26页哦二、约束与约束反力二、约束与约束反力 约束约束：限制、阻碍非自由体运动的限制、阻碍非自由体运动的物体物体。如如放放在地板上的讲台，其在地板上的讲台，其约束为地板约束为地板。约束反力约束反力：又称又称反力反力，指约束作用在被约束物指约束作用在被约束物体上的力体上的力。如放在地板上的讲台，地板给讲台一。如放在地板上的讲台，地板给讲台一个支持力。个支持力。主动力主动力：能主动改变物体的运动状态或趋势的能主动改变物体的运动状态或趋势的力。力。如如重力、气

13、体压力等。重力、气体压力等。约束反力的特征约束反力的特征：作用点作用点在两物体的在两物体的接触点接触点处；处；其其方向方向与被约束物体位移与被约束物体位移方向相反方向相反。第18页，此课件共26页哦（2）特点特点：只能限制物体沿柔性物体伸长方向的位移只能限制物体沿柔性物体伸长方向的位移 只有只有绷紧时绷紧时起作用起作用 反力只能是反力只能是拉力拉力（3）反力方向反力方向：沿中心沿中心 线线方向背离被约束物体。方向背离被约束物体。图图1.9GGTB三、约束的类型三、约束的类型（1）1、柔性约束柔性约束（1）定义定义：由绳索、皮带和链条等由绳索、皮带和链条等柔性物体柔性物体所构所构成的约束。成的约

14、束。（又称又称柔软体约束柔软体约束）用用T表示表示第19页，此课件共26页哦 如如导轨导轨、光滑球面光滑球面等，光滑无摩擦。等，光滑无摩擦。GA反力反力沿接触点的沿接触点的公法线方向公法线方向，背离光滑面背离光滑面N只能是只能是压力压力！三、约束的类型三、约束的类型（2）2、理想光滑面约束理想光滑面约束第20页，此课件共26页哦 3、光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束（铰链约束铰链约束）如如轴承对轴的约束轴承对轴的约束。其由两带孔的物体用圆柱销。其由两带孔的物体用圆柱销钉插入孔中连接而成。钉插入孔中连接而成。又如门上的又如门上的合页合页。（1）固定铰链约束）固定铰链约束如如轴承轴承，被约束物体被

15、约束物体只能只能转动转动，不能，不能移动移动，有有两个两个反力反力。XAYA 如如火车车轮火车车轮对对车体车体。被约束物体被约束物体可移动可移动、可转动可转动。RA 只有只有一个反力一个反力无力偶矩无力偶矩有力有力三、约束的类型三、约束的类型（3）（2）可动铰链约束）可动铰链约束AAAA第21页，此课件共26页哦4、固定端约束固定端约束如如电线杆电线杆XAmA故有故有三个三个反力反力（两个力两个力及及一个力偶矩一个力偶矩）YA非自由体非自由体不可移动不可移动，不可转动不可转动 有有力偶矩力偶矩有有两个力两个力三、约束的类型三、约束的类型（4）（以后再详细讲以后再详细讲）AA第22页，此课件共2

16、6页哦1-4 受力分析受力分析和受力图和受力图 在研究构件的在研究构件的平衡问题平衡问题时，首先要时，首先要明确明确研究对象研究对象，而后而后分析其上的分析其上的力的作用情况力的作用情况。当研究构件的基本变。当研究构件的基本变形时，也要首先作形时，也要首先作受力分析受力分析。而为了研究问题方便，。而为了研究问题方便，将研究对象单独从与其相联系的物体中分离出来，为将研究对象单独从与其相联系的物体中分离出来，为了不改变其原来的效果，则了不改变其原来的效果，则约束对其的作用应约束对其的作用应以以反反力力代替代替。我们把。我们把解除约束解除约束后的物体称为后的物体称为分离体分离体。力学分析计算力学分析

17、计算的基础的基础一、分离体一、分离体第23页，此课件共26页哦二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（1）在分离体上表示出其所受的力，叫在分离体上表示出其所受的力，叫受力图受力图。其步骤如下其步骤如下：（1）明确研究对象，画明确研究对象，画分离体分离体；（2）先画先画已知力已知力（主动力主动力）（3）画画反力反力。（解除约束，代之以反力解除约束，代之以反力）注意：注意：力不可多，不可少力不可多，不可少；根据约束类型，画反力根据约束类型，画反力；注意应用注意应用二力平衡定理二力平衡定理、三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理和和作用与反作用公理作用与反作用公理等等力的基本性质力的基本性质。第24页，此

18、课件共26页哦 例例 有一起重机构，有一起重机构，如图如图（a）所示。所示。梁梁AB自重自重W，拉杆拉杆BC自重不计自重不计，试分别，试分别画出画出拉拉杆杆BC、梁梁AB及及整体整体的的受受力图力图。（b）CABHGal解解：分析分析：画受力图时，要：画受力图时，要从受力最简单的构件入从受力最简单的构件入手手 显然显然拉杆拉杆BC即是！即是！（1 1）拉杆拉杆BC受力图受力图见见图图(b)为什么？为什么？拉杆拉杆BC为为二力杆二力杆拉杆拉杆BC只在只在B、C处有力的作用，处有力的作用，B、C处处的所有力均可的所有力均可各合成一个力各合成一个力，即共有两个，即共有两个力，在两个力作用下平衡力，在两个力作用下平衡。RBRC（a）二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（2）BC第25页，此课件共26页哦RBCABHGal（a）（2）AB梁受力图梁受力图A点点固定铰链支座固定铰链支座，有，有两个两个正交反力正交反力XA、YA；B处处由由作用与反作用公理作用与反作用公理得得RB，与，与RB反向、等值。反向、等值。（3）整体受力图整体受力图ABHG（c）WXAYACABHG（d）RCWXAYA二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（3）先画出先画出重力重力W、重力、重力G 由于前面由于前面A、C点反力已求知点反力已求知，则则受力图受力图易画出。易画出。第26页，此课件共26页哦