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1、第二章 构件的静力分析第一节 力的基本性质一、力的定义一、力的定义1 1.力的定义 力是物体相互间的机械作用，其作用结果使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态发生改变物体的形状和运动状态发生改变。确定力的必要因素3.力的三要素大小大小 方向方向作用点作用点2.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。4.力的表示法5.力的单位力是一矢量，用数学上的力是一矢量，用数学上的矢量矢量记号记号来表示，如图。来表示，如图。F 在国际单位制中，力的单位是牛顿在国际单位制中，力的单位是牛顿(N)1 N=1公斤
2、公斤米米/秒秒2（kg m/s2)。二、静力学的基本公理静力学的基本公理 要使要使刚体刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。二力构件二力构件不计自重只在两点受力而处于平衡的构不计自重只在两点受力而处于平衡的构件。与构件形状无关。件。与构件形状无关。公理1(二力平衡公理)讨论：能不能在曲杆的A、B两点上施加二力，使曲杆处于平衡状态。即，即，合力为原两力的矢量和合力为原两力的矢量和。A 公理2(力平行四边形公理)作用于作用于物体物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点上
3、任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的一个力，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矢来表示。的力平行四边形的对角矢来表示。F F1 1F F2 2F FR R矢量表达式：矢量表达式：矢量表达式：矢量表达式：F FR R=F=F1 1+F+F2 2课堂讨论：课堂讨论：分析下列哪种表达式正确？推论（三力平衡汇交定理）：当刚体受三个力作用而处于平衡时，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力的作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面内。如图所示，、汇交于一点，则通过点。公理（作用与反作用公理）：作用力与反作用力总是同时存
4、在，两力的大小相等方向相反，沿着同一直线分别作用在两个相互作用的物体上。如图所示，吊钩提升一重物，重物对吊钩的作用力为，吊钩通过拉索对重物产生一个反作用力，这两个力即为作用力与反作用力，。讨论：关于作用力和反作用力，下面说法中正确的是：（）A、一个作用力和它的反作用力的合力等于零 B、作用力和反作用力可以是不同性质的力 C、作用力和反作用力同时产生，同时消失 D、只有两个物体处于相对静止时，它们之间的作用力和反作用力的大小才相等公理4(加减平衡力系公理)可以在作用于可以在作用于刚体刚体的任何一个力系上加上或去掉几的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。个互成平衡
5、的力，而不改变原力系对刚体的作用。推论 (力在刚体上的可传性)作用于作用于刚体刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。=F F1 1=F F2 2=F=FF FABF FABF F2 2F F1 1F F1 1AB 讨论：如图(a)求分力P1、P2的合力，问哪个图正确。讨论：为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可传性等都只适用于刚体？讨论：如图所示，问力P能否从AB杆的中点移到BC杆上的中点？三、约束和约束反力自由体非自由体约束约束力主动力 可以任意运动（获得任意位移）
6、的物体。可以任意运动（获得任意位移）的物体。运动运动(位移位移)受到某些限制的物体。受到某些限制的物体。约束对被约束体的作用力。约束对被约束体的作用力。由周围物体所构成的、限制非自由体位移由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。的条件。约束力以外的力。约束力以外的力。1.基本概念2、约束类型与约束反力（动画）柔绳、链条、胶带构成的约束A光滑接触面约束（动画）F FF FF F光滑接触面约束实例光滑接触面约束实例（动画）固定铰链支座（动画）光滑圆柱铰链约束F FF Fy yF Fx x 固定铰链约束反力F FF F活动铰链支座（右侧图动画）光滑圆柱铰链约束F F F F F F F FF F
7、固定铰链、活动铰链应用（动画）固定铰链、活动铰链应用（动画）固定铰链、活动铰链应用（动画）光滑球铰链约束实例光滑球铰链约束实例（动画）F FA AF FB BACB双铰链刚杆约束ABCABABFAFB双铰链刚杆约束受力图正确吗受力图正确吗?CABABF FA AF FB B双铰链刚杆约束AB插入端约束F FAyAyF FAxAxMA（动画）（动画）四、物体受力分析和受力图四、物体受力分析和受力图（1 1）取分离体（研究对象）取分离体（研究对象）（2 2）画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生运动或运动趋势的力）运动或运动趋势的力）（3 3）按约束类型画
8、出约束反力（研究对象与周围物按约束类型画出约束反力（研究对象与周围物体的连接关系）体的连接关系）例例11 在图示的平面系统中，匀质球在图示的平面系统中，匀质球A重重W1，借本身重量和摩擦不计的理想借本身重量和摩擦不计的理想滑轮滑轮C和柔绳维持在仰角是和柔绳维持在仰角是的光滑斜面上，绳的一端挂着重的光滑斜面上，绳的一端挂着重W2的物体的物体B。试分析物体试分析物体B、球球A和滑轮和滑轮C的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。AEFW1FFFE解：解：1.1.物体物体B受力图受力图。2.2.球球A受力图。受力图。3.3.滑轮滑轮C的受力图。的受力图
9、。FHFGCGHIFCCGBHEW1AFD W2FDBD例12 如如图图所所示示，重重物物重重G=20 kN,用用钢钢丝丝绳绳挂挂在在支支架架的的滑滑轮轮B上上，钢钢丝丝绳绳的的另另一一端端绕绕在在铰铰车车D上上。杆杆AB与与BC铰铰接接，并并以以铰铰链链A，C与与墙墙连连接接。如如两两杆杆与与滑滑轮轮的的自自重重不不计计并并忽忽略略摩摩擦擦和和滑滑轮轮的的大大小小，试试画画出出杆杆AB和和BC以及以及滑轮滑轮B的受力图。的受力图。A AB BD DC CG G1.1.杆杆AB的受力图。的受力图。ABF FABABF FCBCBBC解：解：2.2.杆杆BC 的受力图。的受力图。A AB BD
10、DC CG GD DF FBxBxF F2 2F F1 1F FByByA AB BD DC CG G3.滑轮滑轮B(不带销钉）的受力图。不带销钉）的受力图。BCFBFC图图（b）,（c）受力图正确吗受力图正确吗?BDAFDFAFEFBF 思考题E(a)(b)(c)ECABFD柔绳柔绳BCFByFCBDAFDFAxFAyFBxEFFEFBy FBx 解答ECABFD柔绳柔绳BACADCF FFCFBF FFAB柔绳柔绳图图（b）受力图正确吗受力图正确吗?思考题(a)(b)ACF FFCFBFAB(c)BACFBACACCC画出下列各构件的画出下列各构件的受力图。受力图。练习题AF2BF1ABCFBACMFFBABACF1F2F1画出杆画出杆AB的的受力图受力图。练习题小结小结1 1、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念2 2、理解静力学公理及力的基本性质、理解静力学公理及力的基本性质3 3、明确各类约束对应的约束力的特征、明确各类约束对应的约束力的特征4 4、能正确对物体进行受力分析、能正确对物体进行受力分析作业 习题 2-1(a)、(c)、(d)、(i)