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1、静力学分析静力学分析 现在学习的是第1页，共28页理论力学研究物体机械运动一般规律的科学,它是力学学科中重要的基础课程之一。物体的机械运动指物体在空间的位置随时间变化而变化的过程，例如：行驶的汽车、飞行中的飞机、航行中的轮船，地球的公转和自转、机床的旋转、建筑物的沉陷等都是机械运动。平衡是机械运动的特例。理论力学经典力学，也称古典力学，它是以牛顿三大定律为基础建立起来的，所谓“古典力学”指的是它仅适合于运动速度远小于光速的宏观物体的运动。若物体的速度接近光速，则由相对论力学来研究；若是微观粒子的运动，则由量子力学来研究。因此理论力学的研究范畴是宏观低速物体，在现代科技和工程中绝大多数物体运动都
2、属于这个领域，所以理论力学一直发挥着它所应有的作用。现在学习的是第2页，共28页理论力学的研究内容：静力学、运动学和动力学。静力学研究力系的简化以及物体在力的作用下应满足的平衡条件。运动学用几何的观点研究物体的机械运动，不考虑作用在物体上的力，研究物体所在空间位置纯几何量运动值的关系。动力学研究物体的运动与作用在物体上力之间的关系现在学习的是第3页，共28页 理论力学的研究方法和其他学科一样，遵循辩证唯物主义的客观规律，即从实践到认识，再从认识到实践的过。理论力学是建筑工程和机械工程等专业必修的一门专业基础课程，学习理论力学一方面可以直接解决工程中的一些力学问题，另一方面更重要的是为后继课程打
3、基础，例如材料力学和结构力学等课程。理论力学是一门较强的数学演绎和逻辑推理的课程，通过理论力学的学习，可以提高我们对机械运动的认识。学习理论力学应当注意:理论力学的研究对象和物理是截然不同的，它是来自工程中的问题，因而在研究方法和手段上有差别。现在学习的是第4页，共28页第1篇 静 力 学现在学习的是第5页，共28页静力学静力学静力学研究物体在力的作用下的平衡规律的科学。静力学主要研究的内容有个方面：物体的受力分析力系的等效与简化。力系的平衡条件几个基本概念：几个基本概念：刚体刚体不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不改变的物体。不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不改变的物体。力力物体间
4、相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变。生改变。现在学习的是第6页，共28页力系：一群力。可分为：平面汇交（共点）力系，平面平力系：一群力。可分为：平面汇交（共点）力系，平面平力系：一群力。可分为：平面汇交（共点）力系，平面平力系：一群力。可分为：平面汇交（共点）力系，平面平行力系，平面力偶系，平面任意行力系，平面力偶系，平面任意行力系，平面力偶系，平面任意行力系，平面力偶系，平面任意力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力力
5、系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力偶系，空间任意力系。偶系，空间任意力系。偶系，空间任意力系。偶系，空间任意力系。平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动。运动。运动。运动。现在学习的是第7页，共28页第1章 静力分析 1.1 力的概念1.2 静力学公理1.3 约束与约束力1.4 物体的受力分析和受力图现在学习的是第8页，共28页1.1 力 的 概 念力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状
6、发生改变。力具有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态发生变化，例如静止在地面的物体，当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体形状发生变化，例如钢筋受到横向压力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将碎裂等。现在学习的是第9页，共28页力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。力的大小力的大小物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制,力的单位是牛顿力的单位是牛顿(N简称牛简称牛)或者千牛顿或者千牛顿(kN简称千牛简称千牛)，1kN=103;力的方向力的方向物体间的机械作用具有方向性，它包括方
7、位和指向；物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向；力的作用点力的作用点物体间机械作用的位置物体间机械作用的位置。现在学习的是第10页，共28页1.2 静力学公理静力学公理静力学公理指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。公理公理1：力的平行四边形法则：力的平行四边形法则 现在学习的是第11页，共28页 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，此合力的大小作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，此合力的大小和方向由此二力矢量所构成的平行四边
8、形对角线来确定，合力的作用点仍和方向由此二力矢量所构成的平行四边形对角线来确定，合力的作用点仍在该点。在该点。F为合力，为合力，F1、F2为分力，即合力为分力，即合力F等于分力等于分力F1、F2的矢量和，的矢量和，表达式：表达式：F=F1+F2亦可用力三角形求得合力矢，也可采用三角形法则确定合力，力的平行四亦可用力三角形求得合力矢，也可采用三角形法则确定合力，力的平行四边形法则是最简单的力系简化，同时此法则也是力的分解法则。边形法则是最简单的力系简化，同时此法则也是力的分解法则。现在学习的是第12页，共28页公理公理2 二力平衡条件二力平衡条件是最简单力系的平衡条件是最简单力系的平衡条件作用在
9、刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：此二力必大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。此二力必大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。矢量表示为：矢量表示为：F1=F2现在学习的是第13页，共28页公理公理3：加减平衡力系原理：加减平衡力系原理在作用于刚体的力系中加上或减去任意的平衡力系，并不改变原来在作用于刚体的力系中加上或减去任意的平衡力系，并不改变原来力系对刚体的作用。力系对刚体的作用。推论推论1：力具有可传性：力具有可传性将作用在刚体上的力沿其作用线任意移动到作用线的另一点，而不改变将作用在刚体上的力沿其作用线任意
10、移动到作用线的另一点，而不改变它对刚体的作用效应。它对刚体的作用效应。作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为、方向和作用线。作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为、方向和作用线。现在学习的是第14页，共28页推论推论2：三力平衡汇交定理：三力平衡汇交定理 刚体在三力作用下处于平衡，若其中两个力汇交于一点，刚体在三力作用下处于平衡，若其中两个力汇交于一点，则第三个力必汇交于该点。则第三个力必汇交于该点。现在学习的是第15页，共28页公理公理4：作用力与反作用力定律：作用力与反作用力定律物体间的作用力与反作用力总是成对出现的，其大小相等，方向相反，沿着物体间的作用力与反作用力总是成对出现的，其
11、大小相等，方向相反，沿着同一条直线，且分别作用在两个相互作用的物体上。同一条直线，且分别作用在两个相互作用的物体上。在画物体受力图时要注意此公理的应用。在画物体受力图时要注意此公理的应用。现在学习的是第16页，共28页约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。约束力：约束对非自由体的作用力。约束力：约束对非自由体的作用力。1.3 约束与约束力约束与约束力 约束力约束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现在学习的是第17页，共28页1.3.1光滑面接触约束光滑支承接触对非自由体的约束力
12、，作用在接触处；方向沿接光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用 表示。表示。现在学习的是第18页，共28页1.3.2 1.3.2 柔体约束柔体约束柔索只能受拉力，又称张力。用柔索只能受拉力，又称张力。用 表示。表示。现在学习的是第19页，共28页柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。现在学习的是第20页，共28页(a)(b)1.3.3 光滑铰链约束1.光滑
13、圆柱形铰链约束现在学习的是第21页，共28页2.固定铰支座3.可动铰支座(滚动铰支座)现在学习的是第22页，共28页 1.3.4 链杆约束 两端用铰链与其他物体相连，中间不受力的直杆称为链杆，其约束特点是约束力的作用线沿链杆轴线，且指向不定。现在学习的是第23页，共28页1.3.5 轴承约束约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。现在学习的是第24页，共28页 1.向心轴承2.止推轴承现在学习的是第25页，共28页1.3.6 球铰链约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可
14、以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动。构件与球心不能有任何移动。约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。约束力通过接触点，并指向球心，是一个不能预先确定的空间力。可用三约束力通过接触点，并指向球心，是一个不能预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。个正交分力表示。现在学习的是第26页，共28页（1 1）光滑面约束）光滑面约束法向约束力法向约束力FN（2 2）柔索约束）柔索约束张力张力FT(5)(5)球铰链球铰链空间三正交分力空间三正交分力FAx、FAy、FAz（4 4）滚动支座）滚动支座 垂直于光滑面法向约束力垂直于光滑面法向约束
15、力FN（3 3）光滑铰链）光滑铰链正交分量正交分量FAyFAx(6)(6)止推轴承止推轴承空间三正交分力空间三正交分力FAx、FAy、FAz现在学习的是第27页，共28页1.4 物体的受力分析和受力图受力分析受力分析分析物体受到哪些力的作用，每个力的作用位置如何，力分析物体受到哪些力的作用，每个力的作用位置如何，力的方向如何，这个过程称为对物体受力分析；的方向如何，这个过程称为对物体受力分析；画受力图画受力图将所分析的全部力用图形表示出来称为画受力。将所分析的全部力用图形表示出来称为画受力。画受力图步骤：画受力图步骤：取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图画出所有主动力画出所有主动力按约束性质画出所有约束（被动）力按约束性质画出所有约束（被动）力现在学习的是第28页，共28页