静力学公理和物体受力分析PPT课件.ppt
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1、关于静力学公理和物体的受力分析第一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月11 11 静力学的基本概念静力学的基本概念12 12 静力学公理静力学公理 13 13 约束和约束反力约束和约束反力 14 14 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图第二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.1 静力学的基本概念静力学的基本概念1.1.11.1.1 平衡平衡概念概念:物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态。:物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态。注意注意:a.a.平衡是相对的,不是绝对的。平衡是相对的,不是绝对的。b.b.相对于地球或固接在地球上的物体(惯性参考系)。相对于地球或
2、固接在地球上的物体(惯性参考系)。C.C.只有两种状态:静止或匀速直线运动状态。只有两种状态:静止或匀速直线运动状态。目的目的:解决静力学问题,首先判断物体是否处于平衡;:解决静力学问题,首先判断物体是否处于平衡;是是静力学问题,否静力学问题,否动力学问题。动力学问题。第三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.1.21.1.2 力力概念概念:力是物体间相互的机械作用,这种作用使物体:力是物体间相互的机械作用,这种作用使物体的运动状态和形状发生改变。的运动状态和形状发生改变。a.a.力的运动效应,物体的外效应力的运动效应,物体的外效应理论力学理论力学b.b.力的变形效应,物体的内效应力的
3、变形效应,物体的内效应材料力学材料力学注意注意:a.a.力的产生是物质的,不是意识的。力的产生是物质的,不是意识的。b.b.力的作用是相互的,成对出现、消失。(作用力与反作用力的作用是相互的,成对出现、消失。(作用力与反作用力)力)C.C.机械作用有两类:机械作用有两类:物体直接接触产生物体直接接触产生场与物体间作用产生场与物体间作用产生第四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月力的三要素力的三要素a.大小:表达作用强度;决定效应的大小。大小:表达作用强度;决定效应的大小。单位:单位:N、KNb.方向:表达作用的方向性;决定加速度方向与变形形方向:表达作用的方向性;决定加速度方向与变形形式
4、;体现为带箭头的直线段。式;体现为带箭头的直线段。c.作用点:表达作用位置的抽象。作用点:表达作用位置的抽象。注意:力作用在线、面、体上注意:力作用在线、面、体上 若接触面小若接触面小抽象为点抽象为点作用点作用点集中力集中力 若接触面大若接触面大不能抽象为点不能抽象为点无作用点无作用点 分布力(分布力(N/m、N/m2、N/m3)第五张,PPT共七十八页,创作于2022年6月矢量与标量矢量与标量a.矢量:既有大小,又有方向的物理量矢量:既有大小,又有方向的物理量力本质为矢量力本质为矢量力的表示:图形力的表示:图形带箭头的直线段带箭头的直线段 符号符号F或或b.标量:只有大小而无方向的物理量标量
5、:只有大小而无方向的物理量c.目的:力计算的前提目的:力计算的前提lA点为起点,点为起点,lB点为终点点为终点矢量矢量 标量标量第六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月力力系系分分类类平面力系平面力系空间力系空间力系平面特殊力系平面特殊力系平面任意力系(平面一般力系)平面任意力系(平面一般力系)平面平行力系平面平行力系空间特殊力空间特殊力系系空间任意力空间任意力系系空间汇交力系空间汇交力系空间力偶系空间力偶系 空间平行力系空间平行力系平面汇交力系平面汇交力系平面力偶系平面力偶系a.概念:同时作用在同一物体上的力的集合概念:同时作用在同一物体上的力的集合b.种类:种类:力系力系第七张,PP
6、T共七十八页,创作于2022年6月c.平衡力系平衡力系:如果物体在某力系的作用下保持平衡如果物体在某力系的作用下保持平衡状态,则称该力系为平衡力系状态,则称该力系为平衡力系d.等效力系等效力系:如果一力系能用另一力系代替,:如果一力系能用另一力系代替,而对物体产生同样的作用,则这两个力系互为等而对物体产生同样的作用,则这两个力系互为等效效e.e.合力与分力合力与分力:如果一个力和一个力系等效,则称:如果一个力和一个力系等效,则称这个力是该力系的合力;而力系中的各个力都这个力是该力系的合力;而力系中的各个力都是其合力的分力是其合力的分力f.f.力系的力系的合成:合成:把各个分力换成合力的过程,称
7、为把各个分力换成合力的过程,称为力系的合成力系的合成g.g.力系的力系的分解分解:把合力换成各个分力的过程,称为力:把合力换成各个分力的过程,称为力系的分解系的分解第八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.1.31.1.3 刚体刚体概念概念:在任何情况下,保持形状、大小不变的物体。:在任何情况下,保持形状、大小不变的物体。注意注意:a.刚体是相对的、抽象的概念,而变形是绝对的。刚体是相对的、抽象的概念,而变形是绝对的。b.由于变形很微小,对力对物体的作用影响很小,为研究由于变形很微小,对力对物体的作用影响很小,为研究方便而忽略掉。方便而忽略掉。c.若变形为研究问题中的主要方面,则不能忽
8、略、抽象。若变形为研究问题中的主要方面,则不能忽略、抽象。目的目的:静力学问题,所有物体均为刚体,不考虑变形:静力学问题,所有物体均为刚体,不考虑变形 刚体静力学刚体静力学(在力的作用下,其内部任意两点间的距离(在力的作用下,其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体。)始终保持不变的物体。)第九张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.2.1 公理公理1 两力平衡公理两力平衡公理 公理公理:作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡:作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡 的充分必要条件是:这两个力大小相等,方向相反,的充分必要条件是:这两个力大小相等,方向相反,并且作用在同一直线上。并且作用在同
9、一直线上。(等值、反向、共线等值、反向、共线)使刚体平衡的充分必要条件:使刚体平衡的充分必要条件:最简单力系的平衡条件最简单力系的平衡条件1.2 静力学公理静力学公理第十张,PPT共七十八页,创作于2022年6月F2 F1 FB FA F1 F2=AB二力杆二力杆:只受两个力作用而平衡的构件。这两个力必定沿作用:只受两个力作用而平衡的构件。这两个力必定沿作用点的连线(点的连线(与形状无关、与形状无关、不计自重不计自重)FA FB=条件条件:只适用于刚体,对变形体、刚体系统不适用。:只适用于刚体,对变形体、刚体系统不适用。第十一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.2.2 公理公理2 2
10、 加减平衡力系公理加减平衡力系公理公理公理:在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不:在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。改变原力系对刚体的作用。条件条件:只适用于刚体,对刚体系统、变形体不适:只适用于刚体,对刚体系统、变形体不适用用两图受力相同两图受力相同F2 F1 F2 F1 F6 F5 F4 F3 第十二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月推理推理1:力的可传性力的可传性F1作用于刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体作用于刚体上某点的力,可以沿着它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。内任意一点,并不改变该力对刚体的作用。注意:
11、注意:a.a.沿作用线滑移沿作用线滑移b.b.不能脱离自身到其他刚体上不能脱离自身到其他刚体上对刚体来讲,力的三要素是:对刚体来讲,力的三要素是:大小、方向和作用线,大小、方向和作用线,即力是即力是滑动矢量滑动矢量。第十三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.2.3 公理公理3 3 力的平行四边形法则力的平行四边形法则公理公理:作用在物体上同一点的两个力,可以合成一个合力。作用在物体上同一点的两个力,可以合成一个合力。合力也作用在该点,其大小和方向由原两个力的力矢为邻边构合力也作用在该点,其大小和方向由原两个力的力矢为邻边构成的平行四边形的对角线矢量来确定。成的平行四边形的对角线矢量来
12、确定。第十四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o力的分解力的分解F2RF1l注意:力的分解答案有无数个,只有确定其分解方注意:力的分解答案有无数个,只有确定其分解方位,答案唯一;以后的应用中,一般向直角坐标方位,答案唯一;以后的应用中,一般向直角坐标方向分解向分解该公理表达矢量加法该公理表达矢量加法适用条件适用条件:适用于刚体、变形体和刚体系统,是普遍:适用于刚体、变形体和刚体系统,是普遍原理原理第十五张,PPT共七十八页,创作于2022年6月推理推理2:三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,若其中两个力的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
13、于一点,则此三力必在同一平面内,且作用线汇交于一点,则此三力必在同一平面内,且第三个力的作用线通过汇交点。第三个力的作用线通过汇交点。第十六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月公理公理:作用力与反作用力总是同时存在:作用力与反作用力总是同时存在,两力的大小相等两力的大小相等,方向相反方向相反,沿同一直线沿同一直线,分别作用在相互的两个物体上。分别作用在相互的两个物体上。b.画力的时候一定方向相反,标符号相近;画力的时候一定方向相反,标符号相近;c.作用与反作用力大小相等,正负号相同。作用与反作用力大小相等,正负号相同。适用条件适用条件:适用于刚体、变形体和刚体系统:适用于刚体、变形体和刚
14、体系统注意注意:画物体受力图时要注意此公理的应用画物体受力图时要注意此公理的应用a.是作用与反作用力,不是平衡力;是作用与反作用力,不是平衡力;1.2.4 公理公理4 4 作用和反作用定律作用和反作用定律第十七张,PPT共七十八页,创作于2022年6月绳索可刚化为刚体绳索可刚化为刚体平衡平衡不平衡不平衡平衡平衡平衡平衡1.2.5 公理公理5 5 刚化原理刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。刚体,其平衡状态保持不变。公理公理5 5告诉我们:处于平衡状态的变形体,可用告诉我们:处于平衡状态的变形体,可
15、用刚体静力学的平衡理论。刚体静力学的平衡理论。第十八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.3 约束与约束反力约束与约束反力1.3.1 概念概念主动力主动力:使物体产生运动或运动趋势的力:使物体产生运动或运动趋势的力约束反力约束反力 约束反力约束反力 约束约束自由体与非自由体自由体与非自由体a.自由体自由体:在空间可自由运动,位移不受任何限制的物体:在空间可自由运动,位移不受任何限制的物体b.非自由体非自由体:某些方向的位移受到限制的物体:某些方向的位移受到限制的物体c.约束约束:对非自由体的位移起限制作用的物体。对非自由体的位移起限制作用的物体。注意:注意:约束是物质的约束是物质的约束
16、种类、数量比较多约束种类、数量比较多第十九张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十张,PPT共七十八页,创作于2022年6月d.约束反力约束反力:约束对被约束物体的作用力:约束对被约束物体的作用力e.约束力的特点:约束力的特点:GGF1F2约约束束力力大小大小待定待定方向方向与该约束所能阻碍的位移方向相反与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点作用点接触处接触处第二十一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月l一一、桥桥梁梁在在力力系系作作用用下下平平衡衡二二、已已知知 、l静静力力学学问问题题F3 F4 F1F2 F3 F4 第二十二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月思考:思考
17、:若物体平衡若物体平衡约束反力与主动力的作用效应如何约束反力与主动力的作用效应如何 约束反力与主动力构成何种力系约束反力与主动力构成何种力系第二十三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月1.3.2 工程中常见的约束工程中常见的约束1.光滑接触面约束光滑接触面约束a.a.种类种类:种类很多,光滑的平面与平面、曲面与平面、:种类很多,光滑的平面与平面、曲面与平面、曲面与曲面、点与面均为曲面与曲面、点与面均为光滑接触面约束。光滑接触面约束。第二十四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十五张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十七
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