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1、静力学引言和基本概念受力图第1页，此课件共38页哦引引 言言机械运动：机械运动：物体在空间位置随时间的改变物体在空间位置随时间的改变物体的平衡：物体的平衡：物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态，它是机械运动的特殊情况。状态，它是机械运动的特殊情况。理论力学理论力学是研究物体机械运动的一般规律的科学是研究物体机械运动的一般规律的科学l静力学静力学l运动学运动学l动力学动力学平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，称这物体在力系作用下处于平衡，称这个力系为平衡力系。个力系为平衡力系。F1ABCF2F3力系：力系：是指作用在物体上的一群力。是指作
2、用在物体上的一群力。2第2页，此课件共38页哦引引 言言静力学问题在工程中广泛存在静力学问题在工程中广泛存在静力学是研究材料力学和动力学的基础静力学是研究材料力学和动力学的基础静力学的研究在工程中具有十分重要的意义静力学的研究在工程中具有十分重要的意义静力学的主要研究内容：静力学的主要研究内容：静力学静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。l力系的简化力系的简化l物体在力系作用下的平衡条件物体在力系作用下的平衡条件QAOBCDE3第3页，此课件共38页哦4第4页，此课件共38页哦 11 力的概念力的概念 12 刚体的概念刚体的概念 13 静力学公理静力
3、学公理 14 约束与约束反力约束与约束反力 15 物体的受力分析物体的受力分析 受力图受力图 第一章第一章 静力学的基本概念静力学的基本概念 受力图受力图5第5页，此课件共38页哦力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿（国际单位制：牛顿（N N）千牛顿（千牛顿（kNkN），千克力（），千克力（KgfKgf）第一章第一章 静力学的基本概念静力学的基本概念 受力图受力图1-1 1-1 力的概念力的概念（Force，Mechanics）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。这种作用可以改变物这种作用可以改变物 体的运动状态，或使物体发生变形。体的运动状态，或使物体发生变形。
4、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，方向，作用点大小，方向，作用点AF6第6页，此课件共38页哦由所研究的问题，需考虑物体在外力作用下的变形由所研究的问题，需考虑物体在外力作用下的变形 刚体刚体 在力的作用下，大小和形状都不变的物体。在力的作用下，大小和形状都不变的物体。变形体变形体1-2 1-2 刚体的概念刚体的概念抽象化、理想化的模型抽象化、理想化的模型例，理论力学例，理论力学研究下列图中杆研究下列图中杆件所受力？件所受力？例，材料力学例，材料力学刚体静力学刚体静力学7第7页，此课件共38页哦1-3 1
5、-3 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，它被反复的实践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。所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理公理1 1 二力平衡公理二力平衡公理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 作用在同一物体上，作用在同一物体上，作用在同一条直线上。作用在同一条直线上。刚体刚体F1F28第8页，此课件共38页哦说明：说明：对刚体来说，上面
6、的条件是充要的对刚体来说，上面的条件是充要的 二力构件：二力构件：只在两个力作用下平衡的构件。只在两个力作用下平衡的构件。对变形体对变形体(或多体中或多体中)来说，上面的条件只是必要条件来说，上面的条件只是必要条件二力杆二力杆9第9页，此课件共38页哦 在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任意一个平衡力在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。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。作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任一作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的
7、作用效应。点，而不改变该力对刚体的作用效应。作用在刚体上的力的三要素：作用在刚体上的力的三要素：力的大小，方向，作用线力的大小，方向，作用线公理公理2 2 加减平衡力系公理加减平衡力系公理注意注意:仅适用于刚体仅适用于刚体,变形体不成立变形体不成立10第10页，此课件共38页哦公理公理3 3 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，可以合成一个合力。合力的作用作用于物体上同一点的两个力，可以合成一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向是以这两个力为边所作的平行四边形点仍在该点，合力的大小和方向是以这两个力为边所作的平行四边形的对角线来表示。的对角线来表示。矢量
8、和矢量和力的平行四边形法则力的平行四边形法则力的三角形法则力的三角形法则11第11页，此课件共38页哦 刚体受不平行的三力作用而平衡，刚体受不平行的三力作用而平衡，则三力作用线必汇交于一点且位于同则三力作用线必汇交于一点且位于同一平面内。一平面内。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。12第12页，此课件共38页哦公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律 两物体间相互作用的力，总是大小相等、作用线相同两物体间相
9、互作用的力，总是大小相等、作用线相同而指向相反，分别作用在这两个物体上。而指向相反，分别作用在这两个物体上。请问：作用力与反作用力请问：作用力与反作用力和二力平衡公理中的力系和二力平衡公理中的力系有何区别？有何区别？例例 吊灯吊灯13第13页，此课件共38页哦公理公理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，如将此变形体变成刚体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：处于平衡状态告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。静力学的平衡理论。14
10、第14页，此课件共38页哦约束反力：约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力约束给被约束物体的力叫约束反力(被动力被动力)。1-4 1-4 约束与约束反力约束与约束反力一、概念一、概念自由体：自由体：位移不受限制的物体叫自由体。位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。位移受限制的物体叫非自由体。约束：约束：阻碍非自由体运动的限制条件称为约束。阻碍非自由体运动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）主动力：主动力：能使物体运动或有运动趋势的力。能使物体运动或有运动趋势的力。15第15页，此课件共38页哦由
11、主动力的作用而引起，大小常常是未知的；由主动力的作用而引起，大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的运动方向相反；方向总是与约束限制的物体的运动方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。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：GGN1N216第16页，此课件共38页哦绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。绳索背离物体。二、约束的几种基本类型：二、约束的几种基本类型：1.柔性体约束柔性体约束PPTS1S1S2S2 17第17页，此课件共38页哦约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，
12、指向受力物体（也称法约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体（也称法向反力）。向反力）。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)PNNANBNP18第18页，此课件共38页哦3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束圆柱铰链圆柱铰链19第19页，此课件共38页哦AAXAYAA20第20页，此课件共38页哦固定铰支座固定铰支座21第21页，此课件共38页哦固定铰支座固定铰支座22第22页，此课件共38页哦二二 力力 杆杆23第23页，此课件共38页哦约束反力约束反力N垂直于支垂直于支承面，指向待定承面，指向待定活动铰约束（辊轴约束）活动铰约束（辊轴约束）24第2
13、4页，此课件共38页哦活动铰约束（辊轴约束）活动铰约束（辊轴约束）25第25页，此课件共38页哦4.轴承约束轴承约束AxyzAXAYAxyzAxyzAXAYAxyzZAl滑动轴承滑动轴承l滚动轴承滚动轴承1、不止推、不止推2、止推、止推约束反力通常用二个正约束反力通常用二个正交分力交分力XA和和ZA表示表示约束反力通常用正交约束反力通常用正交分力分力XA，YA和和ZA表示表示26第26页，此课件共38页哦滑槽约束滑槽约束（双面约束）（双面约束）工程中的约束还有一些其他形式。工程中的约束还有一些其他形式。例如，滑槽约束、球形铰、固定端等例如，滑槽约束、球形铰、固定端等空间固定端空间固定端27第2
14、7页，此课件共38页哦 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；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，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。这个过程称为物体的受力分析。1-5 1-5 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图一、受力分析一、受力分析l被动力被动力，即约束反力。，即约束反力。作用在物体上的力有：作用在物体上的力有：l主动力主动力，如重力，如重力,风力风力,气体压力等。气体压力等。28第28页，此课件共38页哦选研究
15、对象；选研究对象；取分离体；取分离体；画上主动力；画上主动力；画出约束反力。画出约束反力。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：例例1 画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图29第29页，此课件共38页哦例例2 画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图QAOBCDE30第30页，此课件共38页哦QAOBCDE31第31页，此课件共38页哦例例3 画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图说明：三力平衡必汇交。说明：三力平衡必汇交。三力平行时，在无限远处三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。汇交，它是一种特殊情况。32第32页，此课件共38页哦例
16、例4 尖点问题尖点问题应去掉约束应去掉约束应去掉约束应去掉约束33第33页，此课件共38页哦例例5 画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图34第34页，此课件共38页哦三、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。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。因此对于要
17、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。哪一个施力体施加的。1、不要漏画力、不要漏画力35第35页，此课件共38页哦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。的方向一定要与
18、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。即受力图一定要画在分离体上。36第36页，此课件共38页哦一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有一个力，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。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。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37第37页，此课件共38页哦38第38页，此课件共38页哦