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1、第二章第二章 平面简单力系平面简单力系第第2 2章章 平面简单力系平面简单力系 平面汇交力系合成与平衡的几何法平面汇交力系合成与平衡的几何法 平面汇交力系合成与平衡的解析法平面汇交力系合成与平衡的解析法 结论与讨论结论与讨论 力偶及其性质力偶及其性质 平面力对点之矩的概念及计算平面力对点之矩的概念及计算 平面力偶系的合成与平衡平面力偶系的合成与平衡第二章第二章 平面简单力系平面简单力系引引 言言力系力系作用在物体上力的总称（力的集合）作用在物体上力的总称（力的集合）根据力的作用线是否共面可分为：根据力的作用线是否共面可分为：平面力系平面力系空间力系空间力系根据力的作用线是否汇交可分为：根据力的
2、作用线是否汇交可分为：汇交力系汇交力系平行力系平行力系任意力系任意力系平衡力系平衡力系作用在物体上使物体保持平衡的力系作用在物体上使物体保持平衡的力系第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2-1 2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法平面汇交力系合成与平衡的几何法 1.合成的几何法合成的几何法AF2F4F3F1FRF2F3F4FRFR1FR2F4F3F1FRF1AF2A结论：结论：平面汇交力系可简化为一合力，其合力的大小与方向等平面汇交力系可简化为一合力，其合力的大小与方向等于各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点。于各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点。FR=F1+F2+Fn=Fi第二章第
3、二章 平面简单力系平面简单力系 2.平衡的几何条件平衡的几何条件结论：结论：平面汇交力系平衡的必平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：该力系的力要和充分条件是：该力系的力多边形自行封闭。多边形自行封闭。平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：该力系的合力等于零。该力系的合力等于零。F2F3FRF1AF4第二章第二章 平面简单力系平面简单力系例例例例 题题题题 1 1 已知：已知：P，a 求：求：A、B处约束反力。处约束反力。2 2a a Pa aABCD解：解：解：解：（1 1）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象（2 2）画受力
4、图）画受力图）画受力图）画受力图（3 3）按比例作图求解）按比例作图求解）按比例作图求解）按比例作图求解 FB FA P FBFA 由图中的几何关系得由图中的几何关系得由图中的几何关系得由图中的几何关系得第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2-2 2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法平面汇交力系合成与平衡的解析法1.力的投影与分解力的投影与分解xABFFxFyOijFxFyy力在坐标轴上的投影力在坐标轴上的投影力沿坐标轴的分解力沿坐标轴的分解第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2.合成的解析法合成的解析法FR=F1+F2+Fn=FiAF2F4F3F1FRxy根据合矢量投影定理：根据合矢量
5、投影定理：第二章第二章 平面简单力系平面简单力系3.平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：各力在两个各力在两个坐标轴上投影的代数和等于零。坐标轴上投影的代数和等于零。平衡的必要和充分条件是：该力系的合力平衡的必要和充分条件是：该力系的合力 FR 等于零。等于零。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系 已知：已知：P，a 求：求：A、B处约束反力。处约束反力。2 2a a Pa aABCD解：解：解：解：（1 1）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象）取刚架为研究对象（2 2）画受力图）画受力图）画受力
6、图）画受力图 FB解上述方程，得解上述方程，得（3 3）建立坐标系，列方程求解）建立坐标系，列方程求解）建立坐标系，列方程求解）建立坐标系，列方程求解 FA 例例例例 题题题题 2 2xyo第二章第二章 平面简单力系平面简单力系BMFACFBCFBAFBCFCBFMFNC解：（解：（1）取销钉）取销钉 B 为研究对象为研究对象（2）取挡板）取挡板C为研究对象为研究对象得得得得 已知：已知：F，求：物块求：物块 M 的压力。的压力。例例例例 题题题题 3 3第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2-3 2-3 平面力对点之矩的概念及计算平面力对点之矩的概念及计算1.力对点之矩力对点之矩AFBhh
7、 力臂力臂 O 矩心矩心MO(F)代数量（标量）代数量（标量）“”使物体使物体逆时针逆时针转时力矩为正；转时力矩为正；“”使物体使物体顺时针顺时针转时力矩为负。转时力矩为负。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2.合力之矩定理合力之矩定理 平面汇交力系合力对于平面内一点之矩等于所有各分力对于平面汇交力系合力对于平面内一点之矩等于所有各分力对于该点之矩的代数和。该点之矩的代数和。3.力矩与合力矩的解析表达式力矩与合力矩的解析表达式xAFFxFyOyxy第二章第二章 平面简单力系平面简单力系FnOrFrF 已知：已知：Fn，r求：力求：力 Fn 块对轮心块对轮心O的力矩。的力矩。h解：（解：（1
8、）直接计算）直接计算（2）利用合力之矩定理计算）利用合力之矩定理计算例例例例 题题题题 1 1第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2-4 2-4 力偶及其性质力偶及其性质1.1.力偶与力偶矩力偶与力偶矩力偶力偶两个大小相等、方向相反两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系。且不共线的平行力组成的力系。力偶臂力偶臂力偶的两力之间的垂直力偶的两力之间的垂直距离。距离。力偶的作用面力偶的作用面力偶所在的平面。力偶所在的平面。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系（1）力偶不能合成为一个力偶不能合成为一个力，也不能用一个力来平衡。力，也不能用一个力来平衡。力和力偶是静力学的两个基力和力偶是静
9、力学的两个基本要素。本要素。（2）力偶矩是度量力偶对力偶矩是度量力偶对刚体的转动效果；它有两个刚体的转动效果；它有两个要素：要素：力偶矩的大小力偶矩的大小和和力偶力偶矩的转向。矩的转向。ABOdx第二章第二章 平面简单力系平面简单力系2.2.平面力偶的等效定理平面力偶的等效定理F0F0ABDCdFF1F2 在同平面内的两个力偶，在同平面内的两个力偶，如果力偶矩相等，则两力偶彼如果力偶矩相等，则两力偶彼此等效。此等效。推论推论1：力偶对刚体的作用与力力偶对刚体的作用与力偶在其作用面内的位置无关。偶在其作用面内的位置无关。推论推论2：只要保持力偶矩的大小只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变，可以同
10、时和力偶的转向不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变力偶对刚体的长短，而不改变力偶对刚体的作用。的作用。MMM第二章第二章 平面简单力系平面简单力系ABdF4F3F1d1F2d2ABFd平衡条件：平衡条件：合成结果：合成结果：2-5 2-5 平面力偶系的合成与平衡平面力偶系的合成与平衡第二章第二章 平面简单力系平面简单力系MaaABCa求：求：A、C 处约束反力。处约束反力。已知：已知：a,M解：解：（1）取取AB为研究对象为研究对象（2）取）取BC为研究对象为研究对象BCABMFBFCFA例例例例 题题题题 2 2第二章第二章 平面简单力系平面简单
11、力系M1M2CABDM2CDM1AB FB FA FC FD解解:(1)取取AB为研究对象为研究对象(2)取取CD为研究对象为研究对象求：平衡时求：平衡时M1、M2之间的关系。之间的关系。已知：已知：AB=CD=a,BCD=30解得解得解得解得因为因为 FB=FC例例例例 题题题题 3 3第二章第二章 平面简单力系平面简单力系DBCMDEEDCBAMaaaa求：求：A、B、C、D、E处的处的约束反力。约束反力。解解:(1)取整体为研究对取整体为研究对象象 FA FB(2)取取BCD为研究对象为研究对象 FB FE FD(3)取取DE为研究对象为研究对象确定确定 D 处约束反力的方向处约束反力的
12、方向例例例例 题题题题 4 4第二章第二章 平面简单力系平面简单力系DBCMDE FB FE FD(3)取取DE为研究对象为研究对象CAE FC (4)取取ACE为研究对象为研究对象 FA第二章第二章 平面简单力系平面简单力系注意！注意！（1）明确研究对象）明确研究对象（2）正确作出受力图）正确作出受力图（3）列方程求解）列方程求解文字不宜过多，但也不能过少。文字不宜过多，但也不能过少。力不允许多画，但也不能少画。力不允许多画，但也不能少画。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系ADCB 问刚体在四个力的作用下是否问刚体在四个力的作用下是否平衡，若改变平衡，若改变 F1 和和 F1的方向，的方
13、向，则结果又如何。则结果又如何。思考题1第二章第二章 平面简单力系平面简单力系Ro 当当 M=PR 时，系统处于平时，系统处于平衡，因此力偶也可以与一个力衡，因此力偶也可以与一个力平衡，这种说法对吗。平衡，这种说法对吗。思考题2第二章第二章 平面简单力系平面简单力系ABC 图示系统平衡否，若平图示系统平衡否，若平衡，衡，A、B处约束反力的方向处约束反力的方向应如何确定。应如何确定。思考题3第二章第二章 平面简单力系平面简单力系结论与讨论结论与讨论1.力在坐标轴上的投影为：力在坐标轴上的投影为：2.平面内力的解析表达式为：平面内力的解析表达式为：3.求平面汇交力系的合力求平面汇交力系的合力（1）
14、几何法）几何法 根据力多边形规则，求得合力的大小和方向为：根据力多边形规则，求得合力的大小和方向为：合力的作用线通过各力的汇交点。合力的作用线通过各力的汇交点。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系（2）解析法）解析法 根据合力投影定理：根据合力投影定理：4.平面汇交力系的平衡条件平面汇交力系的平衡条件（1）平衡的必要和充分条件：）平衡的必要和充分条件：（2）平衡的几何条件：）平衡的几何条件：力多边形自行封闭力多边形自行封闭（3）平衡的解析条件：）平衡的解析条件：第二章第二章 平面简单力系平面简单力系5.平面力对点之矩平面力对点之矩6.合力矩定理：合力矩定理：7.力偶和力偶矩力偶和力偶矩力偶力偶两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系。两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系。力偶在任一轴上的投影等于零，且对平面内任一点的矩恒等于力偶在任一轴上的投影等于零，且对平面内任一点的矩恒等于力偶矩，力偶矩与矩心的位置无关。力偶矩，力偶矩与矩心的位置无关。第二章第二章 平面简单力系平面简单力系